KR20240070692A - 주변 매질 내 생체활성제 검출 - Google Patents
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Abstract
주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위해 감지 장치에 작동 가능하게 결합 가능한 센서 칩이 제안된다. 센서 칩은 복수의 수용체 단백질 복합체를 함유하는 반응 셀, 및 반응 셀을 주변 매질로부터 분리시키고 하나 이상의 생체활성제에 대해 투과성인 멤브레인을 포함하며, 수용체 단백질 복합체는 반응 셀 내의 하나 이상의 생체활성제에 결합하도록 구성되어, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 검출 가능한 상태 변화가 유도된다.
Description
본 개시는 일반적으로 생체활성제의 검출에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 감지 장치에 결합 가능한 센서 칩 및 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 장치에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 이러한 센서 칩 및 감지 장치를 포함하는 감지 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 이러한 센서 칩, 감지 장치 또는 감지 시스템의 사용 및 이러한 센서 칩, 감지 장치 또는 감지 시스템으로 하나 이상의 생체활성제를 검출하는 방법에 관한 것이다.
인간, 동물 또는 살아있는 유기체는 일반적으로 그들의 화학 환경과 지속적으로 상호작용한다. 예를 들어, 살아있는 유기체는 일반적으로 주변 공기 또는 물과 같은 주변 매질에 노출되거나 이와 접촉하며, 주변 매질로부터 분자, 제제 또는 화합물을 수용, 섭취, 흡수 또는 그렇지 않으면 흡수할 수 있고, 이에 의해 그들의 화학 환경과 상호작용한다. 주변 매질로부터의 특정 분자, 제제 또는 화합물과의 관련된 상호작용은 유기체가 생존하는 데 바람직하거나 심지어 필요할 수 있다. 이러한 상호작용의 예는 인간 또는 동물에 의해 흡입되고 폐 모세관을 통과하는 적혈구에서의 헤모글로빈에 결합하는 산소, 또는 장 상피를 가로질러 선택적으로 수송되는 당 분자이다. 그러나, 다른 분자, 제제 또는 화합물과 관련된 주변 매질과의 화학적 상호작용은 정상적인 생명 유지 공정의 일부가 아닐 수 있고 바람직하지 않은 효과를 가질 수 있으며, 잠재적으로 유기체에 해를 끼칠 수도 있다. 이러한 바람직하지 않은 효과는 주변 매질로부터 유기체에 의해 수용된 분자, 제제 또는 화합물에 의해 야기될 수 있으며, 이는 세포 또는 세포 전체의 분자 구성 블록을 비특이적으로 손상시킨다. 예를 들어, 오존과 같은 산화 화합물은 유기체에 의해 흡수될 수 있고, 단백질, 지질 또는 핵산과 같은 유기체의 생체분자를 산화시킬 수 있고, 이들의 생화학적 및/또는 구조적 기능을 감소시키거나 심지어 파괴할 수 있다. 대안적으로, 유기체에 의해 흡수된 화학적 화합물, 제제 또는 분자는 종종 유기체의 생체분자를 화학적으로 변화시키지 않고 유기체의 특정 생화학적 과정을 활성화, 억제, 또는 심지어 제거할 수 있다. 이러한 과정 또는 상호작용에 대한 예는 이부프로펜에 의한 효소 시클로옥시게나제의 억제 또는 니코틴에 의한 니코틴성 아세틸콜린 수용체의 활성화이다. 전형적으로, 이러한 상호작용은 영향을 받는 생체분자와 효과기 분자, 제제 또는 화합물 간의 구조적 일치에 의존한다. 이부프로펜은, 예를 들어, 시클로옥시게나제의 활성 부위에 결합하여, 아라키돈산의 결합을 방지하며, 이는 정상적인 환경 하에서 시클로옥시게나제에 의해 염증 및 통증의 발병에 관여하는 신호 분자로 변환된다.
살아있는 유기체는 이들이 노출되는 유해한 화학 화합물, 제제 또는 분자를 검출하고 적절한 생리학적 반응을 촉발하기 위한 메커니즘을 개발하고 진화시켰다. 살아있는 유기체에서 생리학적 반응을 유발하는 화학적 화합물, 제제 및 분자는 일반적으로 본원에서 생체활성제로서 지칭될 수 있다. 인간 및 다른 살아있는 유기체의 경우, 생체활성제를 검출하고 생리학적 반응을 촉발하는 역할을 하는 다양한 수용체 단백질이 식별되었다. 수용체 단백질의 대표적인 예는 아릴 탄화수소 수용체(AHR), 프레그난 X 수용체(PXR) 및 구성적 안드로스탄 수용체(CAR)이다. 이들 수용체 단백질은 생체활성제, 특히 생물학적 시스템에 이종인 생체활성제, 화합물 또는 분자와 관련된 소위 생체이물(xenobiotics)에 대한 특정 결합 특이성을 나타낸다. 한편, 생체이물과 같은 잠재적으로 유해한 생체활성제를 검출하고 방어하기 위해 진화되지 않은 다양한 수용체 단백질이 있지만, 오히려 중추 조절 시스템의 일부로서 존재한다. 예를 들어, 내분비계 또는 호르몬계는 동물 또는 인간의 성장, 기관형성, 생식력, 생식 및 수면을 포함하는 다양한 발달 및 정상 상태 기능을 제어한다. 이들 수용체 단백질은 특이적으로 결합하고 이들의 동족 리간드, 즉 호르몬에 의해 활성화된다. 그러나, 호르몬과 특정 구조적 특징을 공유하는 생체활성제는 수용체에 결합하여 또한 활성화시킬 수 있다. 이러한 과정은 내분비 교란으로 지칭될 수 있고, 내분비계의 중추 역할을 고려할 때, 유해한 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 생체활성제 또는 에스트로겐 수용체(ER)를 활성화시키는 생체이물 화합물인 제노에스트로겐에 대한 노출은, 특히 유전 물질을 직접 또는 간접적으로 손상시키는 것이 아니라, 신체 내 잘못된 시간 및/또는 위치에 세포 신호전달 캐스케이드를 활성화시킴으로써, 유방암, 폐암, 신장암, 췌장암, 및 뇌암의 발병에 기인하였다.
주변 매질의 성분을 검출하기 위한 다양한 장치, 시스템 및 기구(apparatus)뿐만 아니라 대응하는 센서가 지난 몇 년 동안 개발되었다. 매질 또는 주변 매질에서의 성분의 검출은 환경 모니터링으로도 지칭될 수 있다. 일반적으로, 환경 모니터링은 시간 경과에 따른 주변 매질 또는 환경의 상태 또는 품질의 특성화를 지칭하며, 예를 들어 환경 또는 주변 매질의 화학적 조성이 인간 또는 동물 건강에 위험을 제기하지 않도록 보장하기 위해 수행될 수 있다.
주변 매질 또는 환경 모니터링에서 성분을 검출하는 것은, 예를 들어 이러한 영향에 기인하는 위험을 추정하고 이들의 감소 또는 제거를 위한 전략을 개발하기 위해 자연 환경, 일반적으로 토양, 물, 공기 또는 생태계에 대한 인간 활동의 영향을 식별하고 정량화하기 위해 사용되는 중요한 도구일 수 있다. 환경 모니터링은, 예를 들어 기후 변화 또는 바다의 미세플라스틱 오염을 모니터링하는 글로벌 수준에서, 예를 들어 특정 강의 오염을 모니터링하는 지역 수준에서, 또는 예를 들어 산업 시설의 공기 품질 또는 양식장의 수질을 모니터링하는 현지 수준에서 수행될 수 있다. 현지 환경 모니터링은 산업 또는 농업 시설의 규제 지침 준수를 보장하기 위해 종종 수행될 수 있다. 이는 궁극적으로 배출물을 검출하고 제거하여 노출 및 이에 따른 관련 위험을 감소시킴으로써 직원, 인근의 인구 및 환경의 안전을 유지하는 것을 목표로 한다. 일반적으로 예상되는 배출물의 성질이 잘 알려져 있으므로, 이러한 모니터링은 표적화된 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 양식장에 근접하여, 물 속의 항생제 잔류물은 환경 모니터링에 기초하여 모니터링되거나 검출될 수 있다. 농업 지역에서는, 지하수 및/또는 강물 내의 살충제 잔류물은 관심 대상이 될 수 있고, 정유소 근처에서는, 주변 공기 내의 휘발성 탄화수소의 농도는 정제 공정의 임의의 단계에서 제품의 누출을 위한 마커로서 모니터링되고 사용될 수 있다.
그러나, 일반적으로 주변 매질의 성분의 환경 모니터링 또는 검출은, 예를 들어 인간의 개인 또는 개인 환경을 모니터링하기 위한 개별적인 또는 개인적인 응용에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 먼지, 꽃가루, 및/또는 진균 포자, 휘발성 유기 탄소(VOC), 산화질소(NOx) 또는 UV 조사의 농도는, 예를 들어, 자동차에서, 또는 백팩 또는 핸드백과 같은 수하물 품목에 부착하여, 대응하는 검출 장치를 집에 갖거나 운반하는 사람 또는 개인에 근접한 공기에서 측정될 수 있다. 이러한 응용의 목적은, 예를 들어 UV, 꽃가루 또는 오존 노출의 경우와 같이, 후자가 달성하기 어려울 수 있기 때문에, 일반적으로 공급원을 제거하는 것보다 노출을 빠져나감으로써 개인의 노출을 감소시키는 것일 수 있다. 특히, 환경 모니터링의 이러한 개별적인 또는 개인적인 응용에서, 알려지지 않았거나 정의되지 않은 오염원이 검출되어야 하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 환경 또는 주변 매질의 전류 및 국부 품질의 포괄적인 추정치를 얻는 것은, 예를 들어 미립자 물질, VOC, NOx, 오존, UV, 전기 스모그 및 이온화 방사선과 같은 다양한 환경 파라미터를 동시에 모니터링하는 것을 필요로 할 수 있다.
다양한 장치 및 대응하는 센서가 지난 몇 년 동안 이러한 목적을 위해 개발되었다. 이들 장치 및 센서 중 일부는 복수의 환경 파라미터를 동시에 모니터링할 수 있고, 예를 들어 최적의 경로 계획을 위해 대기 오염의 위치- 및 시간-특정 예측을 선택적으로 포함하는 공기 품질의 실시간 추적을 허용할 수 있다. 그러나, 환경 모니터링을 위한 이들 공지된 또는 종래의 장치는 일반적으로 사용되는 검출 모드 또는 센서가 매우 선택적이거나 대부분 비선택성이라는 점에서 제한된다. 예를 들어, NOx, 일산화탄소 또는 오존과 같은 공지된 외인성 녹새(exogenous noxae)는 매우 민감하고 고선택성 전기화학 또는 분광분석 센서를 사용하여 선택적으로 검출될 수 있다. 이러한 고선택성 센서는 주변 매질에서 검출될 특정 분자, 제제 또는 화합물의 농도에 대한 귀중한 정보를 제공할 수 있지만, 특히 각각의 분자, 제제 또는 화합물이 알려지지 않은 경우 잠재적으로 유해할 수 있는 다른 분자, 제제 또는 화합물이 검출되지 않을 수 있다. 한편, 환경 모니터링에 사용되는 비선택성 센서의 일반적인 유형은, 예를 들어 광이온화에 의존하고 주어진 주파수 또는 에너지의 광에 의해 이온화되는 임의의 유기 분자를 검출하는 VOC 센서이다. 그러나, 유기 분자의 이온화 전위는 그의 독성 또는 생물활성과 관련이 없을 수 있다. 예로서, 소나무의 특징적인 냄새를 담당하는 식물 유래 테르펜인 피넨, 및 로켓 추진제인 1.1-디메틸히드라진은 각각 8.07eV 및 8.05eV의 실질적으로 동일한 이온화 전위를 가지며, 둘 모두는 충분히 높은 주파수의 UV 광 또는 약 8eV의 에너지에 의해 이온화된다. 그러나, 이들의 급성 독성 또는 생물활성은 상당히 상이하다. 한편, 합성 화학에 빈번하게 사용되는 카보닐 화합물인 아세트알데히드는 10.2eV의 이온화 전위를 가지며, 따라서 약 8eV에서 작동하는 VOC 센서에 의해 검출되지 않을 것이지만, 상당한 급성 독성 또는 생물활성을 갖는다.
전술한 실시예로부터 명백한 바와 같이, 고선택성 센서를 사용하는 장치는 센서에 의해 검출되지 않지만 잠재적으로 인간 건강에 악영향을 미칠 수 있는 다양한 화합물, 제제 또는 분자를 검출하지 못할 수 있다. 따라서, 위음성의 수는 고선택성 센서를 이용할 때 다소 높을 수 있다. 한편, 비선택성 센서를 사용하는 장치는 건강 관련성이 제한된 판독치를 제공할 수 있으며, 즉 위양성의 수가 높을 수 있다는 것이다. 또한, 비선택성 센서를 갖는 장치는 또한 인간 건강에 악영향을 미칠 수 있는 다른 화합물, 분자 또는 제제를 검출하지 못할 수 있으며, 즉 위음성의 수가 또한 높을 수 있다는 것이다. 즉, 비선택성 센서를 갖는 장치는 공통적으로 특정 물리화학적 특성을 갖는 광범위한 화학 화합물, 분자 또는 제제 군을 검출할 수 있지만, 이러한 장치는 잠재적으로 건강 위험을 갖는 분자, 화합물 또는 제제와 그렇지 않은 것들을 구별할 수 없을 수 있다.
따라서, 예를 들어 감소된 위양성 및/또는 위음성의 수를 보고하는, 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 개선된 장치, 시스템, 기구 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
이는 독립항의 주제에 의해 달성된다. 선택적인 특징은 종속항에 의해 그리고 다음의 설명에 의해 제공된다.
본 개시의 측면은 센서 칩, 감지 장치, 감지 시스템, 전술한 것 중 하나 이상의 사용, 및 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 개시의 일 측면을 참조하여 상기 및 하기에서 제시된 임의의 개시는 본 개시의 임의의 다른 측면에 동일하게 적용된다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 주변 매질 및/또는 센서 칩을 둘러싸는 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위해 감지 장치에 작동 가능하게 결합 가능한 센서 칩이 제공되어 있다. 센서 칩은 복수의 수용체 단백질 복합체를 함유하는 반응 셀, 및 반응 셀을 주변 매질로부터 분리시키고 하나 이상의 생체활성제에 대해 투과성인 멤브레인을 포함한다. 여기서, 수용체 단백질 복합체는 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 검출 가능한 상태 변화가 유도되도록 반응 셀 내의 하나 이상의 생체활성제에 결합하도록 구성되어 있다.
또한 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이, 주변 매질로부터 반응 셀에 진입하는 생체활성제에 결합할 수 있는 반응 셀에 수용체 단백질 복합체를 사용하면, 생체활성제를 둘러싸는 매질에서 생체활성제를 검출하는 살아있는 유기체의 진보되고 정교한 능력을 활용하게 할 수 있다. 결과적으로, 본 개시의 센서 칩, 감지 장치 및/또는 감지 시스템에 의해 검출되거나 보고된 위양성 이벤트 및 위음성 이벤트의 수는 상당히 감소될 수 있고, 이에 의해 주변 매질에서 생체활성제의 포괄적이고, 신뢰성 있고, 정확한 검출을 가능하게 한다.
센서 칩의 반응 셀은 수용체 단백질 복합체를 함유하거나 포함하는 구획부 또는 챔버를 지칭하거나 나타낼 수 있으며, 반응 셀의 적어도 일부분, 일부 또는 영역은 멤브레인에 의해 주변 매질로부터 분리될 수 있다. 반응 셀은 임의의 적절한 크기, 형상, 기하학적 구조, 형태 또는 부피를 가질 수 있다.
멤브레인은 일반적으로 하나 이상의 생체활성제가 센서 칩에 의해 검출되도록 투과성일 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 반응 셀과 주변 매질 사이의 질량 교환을 허용할 수 있다. 특히, 멤브레인은, 예를 들어 확산에 기초하여, 하나 이상의 생체활성제가 주변 매질로부터 멤브레인을 통해 반응 셀로 진입할 수 있도록 배열되고 구성될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 생체활성제는, 예를 들어 센서 칩의 수용체 단백질 복합체와 동등하거나 이에 상응하는 살아있는 유기체의 수용체 단백질에 결합할 때, 인간 또는 동물과 같은 살아있는 유기체에서 생리학적 반응을 촉발할 수 있는 분자, 제제 또는 화합물을 지칭할 수 있다. 여기서, 생리학적 반응을 촉발하는 단계는 살아있는 유기체에서 세포 방어 메커니즘 또는 세포 반응을 촉발하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 생리학적 반응을 촉발하는 단계는 살아있는 유기체에서 생화학적 과정을 활성화, 억제 및 제거하는 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 살아있는 유기체에 의해 흡수되고 살아있는 유기체의 호르몬 수용체 단백질에 결합하는 생체활성제는, 전술한 바와 같이, 내인성 신호전달의 활성이 없는 상태에서 세포 반응을 활성화시킬 수 있다. 생체활성제가 살아있는 유기체에서 생리학적 반응을 촉발함에 따라, 이들은 또한 일반적으로 살아있는 유기체에 대한 특정 독성 또는 건강 위험과 관련이 있거나 이와 연관되어 있다. 따라서, 본 개시의 센서 칩으로 하나 이상의 생체활성제를 검출함으로써, 주변 매질의 독성 또는 오염이 신뢰성 있게 결정되거나 평가될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 수용체 단백질 복합체는 일반적으로 하나 이상의 생체활성제에 결합하고 결합 시 이들의 상태를 변화시키도록 구성된 기능적 복합체를 지칭하거나 나타낼 수 있으며, 이는 센서 칩에 의해 검출되거나 측정될 수 있다. 여기서, 각 수용체 단백질 복합체는 적어도 하나의 생체활성제에 결합하도록 구성된 적어도 하나의 리간드 결합 도메인을 포함할 수 있으며, 이는 이러한 맥락에서 리간드로도 지칭될 수 있다. 예를 들어, 각 수용체 단백질 복합체는 유사, 동일 또는 동등한 구조, 서열 또는 형태의 살아있는 유기체에서 발견될 수 있는 수용체 단백질의 적어도 하나의 리간드 결합 도메인을 포함할 수 있다.
따라서, 적어도 하나의 생체활성제에 대한 센서 칩의 수용체 단백질 복합체 중 하나의 결합에 의해 유도된 상태 변화는 생체활성제가 살아있는 유기체 내의 등가 또는 유사한 수용체 단백질에 결합할 때 촉발된 세포 또는 생리학적 반응을 반영하거나, 유사하거나, 나타낼 수 있다. 따라서, 상태 변화가 센서 칩에 의해 검출되거나 결정될 때, 생체활성제가 살아있는 유기체에서 생리학적 반응을 촉발할 것으로 가정될 수 있다. 따라서, 본 개시에 따른 센서 칩은, 예를 들어 VOC 센서에서와 같이, 화합물의 생물활성과 관련되지 않을 수 있는 특정 구조적 특성에 기초하여 광범위한 화학 화합물에 비선택적으로 반응하는 센서에 비해 상당한 이점을 제공할 수 있다. 또한, 수용체 단백질 복합체 중 하나뿐만 아니라 이의 공급원에 결합하는 생체활성제의 화학 구조는 알려지지 않을 수 있음을 유의한다. 따라서, 본 개시에 따른 센서 칩은 또한 공지된 생체활성제, 예를 들어 녹새(noxae)를 선택적으로 그리고 배타적으로 검출하는 센서에 비해 상당한 이점을 제공할 수 있다.
수용체 단백질 복합체의 결합은 형태, 구조, 형상, 위치, 국소화, 조성, 화학적 반응성, 화학적 활성 등의 변화를 포함하여, 수용체 단백질 복합체의 상이한 유형의 상태 변화를 초래하거나, 이와 연관되거나, 수반될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 수용체 단백질 복합체에서 유도된 상태 변화는 반응 셀 및/또는 멤브레인의 적어도 일부의 변형 또는 변경을 초래할 수 있다. 수용체 단백질 복합체의 이러한 상이한 상태 변화 및/또는 이와 연관된 센서 칩의 적어도 성분의 변형 또는 변경은 상이한 접근법에 의해, 예를 들어 검출 원리 또는 모드를 사용하여 검출될 수 있다. 이하에서 상세히 논의되는 바와 같이, 이러한 모든 상이한 검출 원리는 본 개시의 맥락에서 고려된다.
일례에서, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화는 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 형태 상태의 변화와 연관될 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체는 반응 셀에서 이들의 고유 상태에 있을 수 있고, 생체활성제 중 하나에 결합할 때 이들의 형태를 변경하도록 구성될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 수용체 복합체의 상태 변화는 반응 셀 내에서 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 국소화 및/또는 위치의 변화와 연관될 수 있다. 따라서, 수용체 단백질 복합체는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 반응 셀 내의 위치 및/또는 국소화를 변화시키도록 구성될 수 있다. 위치 변화는 반응 셀 내에서 각각의 단백질 복합체 또는 이의 적어도 일부의 움직임과 연관되거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 위치 변화 및/또는 국소화는, 예를 들어 수용체 단백질 복합체의 형태 변화 또는 수용체 단백질 복합체에 결합하는 다른 리간드에 의해 유도될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상태 변화는 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 조성의 변화와 연관될 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체의 조성은 수용체 단백질 복합체의 성분 또는 모이어티의 해리 또는 교환에 기초하여 생체활성제에 결합할 때, 또는 다른 성분 또는 모이어티에 대한 수용체 단백질 복합체의 결합에 의해 변경될 수 있다. 따라서, 수용체 단백질 복합체는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 하나 이상의 성분으로 해리되도록 구성될 수 있고, 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 하나 이상의 성분을 교환하도록 구성될 수 있고/있거나, 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 하나 이상의 모이어티에 결합하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 수용체 단백질 복합체 변화의 적어도 일부의 조성의 변화는, 예를 들어 하나 이상의 모이어티가 생체활성제에 결합 시 방출되는 경우, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 질량 변화와 연관될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 반응 셀 및/또는 멤브레인의 적어도 일부의 질량 변화는 유도된 상태 변화와 연관될 수 있고 센서 칩에 의해 검출될 수 있다.
또한, 유도된 상태 변화는 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 물리적 특성의 변화, 상기 반응 셀 및/또는 상기 멤브레인의 적어도 일부의 물리적 특성의 변화, 상기 반응 셀 및/또는 상기 멤브레인의 적어도 일부의 광학 특성 변화, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 화학적 특성의 변화, 상기 반응 셀에 함유된 기재의 화학적 특성 변화, 상기 반응 셀에 함유된 기재의 전도도 변화, 및 상기 반응 셀의 적어도 일부 내에서 프리 형광(free fluorescent) 또는 광 흡수 분자의 농도의 변화 중 하나 이상과 연관될 수 있다.
전술한 상태 변화 및/또는 이와 연관된 센서 칩의 적어도 일부 또는 구성요소의 변형 또는 변경 중 임의의 하나 이상은 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제의 존재를 신뢰성 있게 검출하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 검출 가능한 하나 이상의 상태 변화는 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타낼 수 있다.
일례에서, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정될 수 있으며, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 적어도 하나의 기능성 표면으로부터 해리되도록 구성될 수 있다. 즉, 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정된 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 적어도 하나의 기능성 표면으로부터 방출되거나 유리될 수 있다. 적어도 하나의 기능성 표면으로부터의 해리는, 예를 들어, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면, 상기 멤브레인 또는 다른 내부 표면의 질량 변화, 상기 적어도 하나의 기능성 표면, 상기 멤브레인 또는 다른 내부 표면 또는 상기 반응 셀에 함유된 기재의 광학 특성의 변화, 및 상기 기능성 표면, 상기 멤브레인 및 상기 반응 셀 중 하나 이상의 다른 특성 또는 특징의 변화 중 하나 이상을 초래하거나 이와 연관될 수 있다. 이러한 변화 중 임의의 하나 이상은 센서 칩에 의해 검출될 수 있고 하나 이상의 생체활성제의 정확한 검출을 가능하게 한다.
예로서, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 공유 결합될 수 있다. 따라서, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 수용체 단백질 복합체를 적어도 하나의 기능성 표면에 공유 결합시키는 것에 기초하여 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정될 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 리간드, 예를 들어 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 공유 결합된 저 친화성 리간드 또는 고 친화성 리간드에 의해 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 기능성 표면의 적어도 일부는 상기 리간드를 포함하거나 이로 코팅될 수 있다. 저 친화도 리간드 및 고 친화도 리간드 둘 모두가 사용될 수 있지만, 저 친화도 리간드는 고 친화도 리간드와 비교했을 때 더 강한 신호를 제공할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 수용체 단백질 복합체는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 정전기적으로 한정될 수 있다. 이는, 예를 들어 이온 결합 또는 반데르발스 힘(van der Waals force)과 같은 약한 상호작용에 의한 결합을 포함할 수 있다. 정전기 격리는, 예를 들어 적어도 하나의 기능성 표면에 의해 운반되는 전하에 기초하여, 수동적으로 또는 예를 들어 적어도 하나의 기능성 표면에 또는 그 근처에서 센서 칩의 하나 이상의 전극을 충전하는 것에 기초하여, 능동적으로 제공될 수 있다.
반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면은 반응 셀과 대면하는 멤브레인의 내부 표면에 의해 정의될 수 있다. 즉, 반응 셀의 내부를 향하거나 이를 향해 유도되는 멤브레인의 내부 표면은 적어도 하나의 기능성 표면을 구성할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 기능성 표면은 반응 셀의 내부 표면을 포함할 수 있으며, 내부 표면은 멤브레인을 향해 배치되어 있다. 멤브레인을 향해 배치되는 내부 표면은 내부 표면의 표면 법선 벡터 및 멤브레인의 표면 법선 벡터가 서로 가로 방향으로 유도되는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 기능성 표면은 멤브레인에 대향하거나 멤브레인 옆에 배열된 반응 셀의 내부 표면을 포함할 수 있다.
일례에서, 주변 매질은 센서 칩의 환경 또는 주변에 환경 공기, 대기 공기 또는 공기를 포함할 수 있다. 따라서, 본 개시의 센서 칩은 환경 공기에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 센서 칩은, 예를 들어 환경 모니터링 및/또는 환경 공기 품질의 모니터링을 위해 사용될 수 있다.
대안적으로, 주변 매질은 물을 포함할 수 있다. 따라서, 본 개시의 센서 칩은 물에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 센서 칩은, 예를 들어 환경 모니터링 및/또는 지표수, 지하수, 해수, 강 물, 양식장에서의 물, 수영장 물 등과 같은 수질의 모니터링을 위해 사용될 수 있다. 본 개시에 따른 센서 칩은 또한 토양과 같은 다른 매질 또는 물질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하는 데 유리하게 이용될 수 있음을 유의한다.
멤브레인은 주변 매질과 접촉하도록 구성된 외부 표면을 포함할 수 있고, 반응 셀과 대면하는 내부 표면을 포함할 수 있다. 따라서, 멤브레인의 외부 표면은 주변 매질을 향해 유도될 수 있고, 멤브레인의 내부 표면은 반응 셀의 내부를 향해 유도될 수 있다. 적어도 센서 칩의 사용 동안, 멤브레인의 외부 표면은 주변 매질과 연속적으로 접촉하도록 구성될 수 있으며, 이는 하나 이상의 생체활성제의 존재 측면에서 주변 매질을 연속적으로 모니터링할 수 있게 한다.
반응 셀은, 일례에서, 액체, 젤라틴 및 반고체 기재 중 하나 이상을 함유할 수 있다. 여기서, 반응 셀은 기재로 부분적으로 또는 전체적으로 충진될 수 있다. 예를 들어, 기재는, 특히 하나 이상의 생체활성제에 결합되지 않을 때, 수용체 단백질 복합체가 고유 상태를 유지하도록 구성될 수 있다. 이러한 액체, 반고체 및/또는 젤라틴성 기재를 반응 셀에 제공하는 것은 수용체 단백질 복합체의 수명기간을 상당히 증가시킬 수 있고, 따라서 센서 칩의 수명기간을 상당히 증가시킬 수 있다.
예로서, 기재는 수용액, 등장액, 및 완충액 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 따라서, 반응 셀은 수용성, 등장성, 완충된 액체, 젤라틴 및/또는 반고체 기재, 예를 들어 젤라틴 매트릭스를 함유할 수 있으며, 여기서 수용체 단백질 복합체 및 반응 셀에 존재할 수 있는 선택적인 추가 단백질은 이들의 고유 상태를 유지한다.
선택적으로, 기재는 예를 들어, 이들의 고유 상태에서 수용체 단백질 복합체를 안정화시키기 위한 안정화 단백질을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기재는, 예를 들어 tween 또는 triton X-100 중 하나 이상과 같은 표면 활성 분자 또는 분자 복합체를 포함할 수 있다.
센서 칩의 멤브레인은 기체에 대해 투과성일 수 있다. 주변 매질이 공기를 함유하거나 포함하는 경우, 멤브레인의 기체에 대한 투과성은 특히 유리할 수 있으며, 이는 멤브레인을 가로질러서 멤브레인을 통해 반응 셀에 진입할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 멤브레인은 물 또는 수용성 액체에 대해 불투과성일 수 있다. 멤브레인의 물 또는 수용성 액체로의 불투과성은 반응 셀 밖으로 기재 또는 다른 액체의 누출을 방지할 수 있고, 이에 의해 센서 칩의 기능을 보장하고 그의 수명기간을 증가시킬 수 있다.
일례로, 멤브레인은 바람직하게는 물을 배제하기 위해 기체로 충진된 복수의 기공을 포함할 수 있다. 멤브레인의 이러한 구성은 센서 칩의 연장된 수명기간에 걸쳐 기체에 대한 투과성뿐만 아니라 물 또는 수용성 액체에 대한 불투과성을 효율적으로 보장할 수 있다.
예를 들어, 멤브레인은 다공성 탄소 종이 재료 및 천공된 불소중합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 멤브레인은 또한 지질을 포함하는 다른 재료 또는 중합체를 포함할 수 있음을 유의한다.
추가 예에서, 센서 칩은 멤브레인의 외부 표면의 적어도 일부를 덮는 그리드를 더 포함할 수 있다. 그리드는 멤브레인 및/또는 반응 셀을 외부로부터의 물리적 손상으로부터 보호하도록 배열되고 구성될 수 있다. 그리드는 강성 개방 그리드일 수 있다. 그리드는 센서 칩의 하우징과 일체로 형성될 수 있거나, 센서 칩의 하우징에 부착된 별도의 부분 또는 부재로서 형성될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 센서 칩은 멤브레인의 외부 표면의 적어도 일부를 덮고 주변 매질과 멤브레인의 접촉을 방지하도록 구성된 밀봉 커버를 더 포함할 수 있다. 밀봉 커버는 멤브레인과 직접 접촉할 수 있거나 멤브레인으로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 밀봉 커버는 멤브레인의 외부 표면의 적어도 일부를 덮는 그리드의 외부 표면에 배열될 수 있다. 밀봉 커버는 멤브레인의 외부 표면을 덮고 센서 칩이 작동 중이 아닐 때 생체활성제가 반응 셀로 진입하는 것을 차단하는 데 특히 사용될 수 있다. 이는 센서 칩의 수명기간 또는 수명주기를 증가시킬 수 있는데, 이는 밀봉 커버에 의해 덮이지 않는 경우 반응 셀 내의 수용체 단백질 복합체의 양이 시간이 지남에 따라 감소할 수 있기 때문이다.
일반적으로, 밀봉 커버는 일회용일 수 있거나 밀봉 커버는 멤브레인을 덮도록 재사용될 수 있다. 따라서, 반응 셀은 멤브레인의 외부 표면의 적어도 일부를 밀봉 커버로 덮음으로써 밀봉성 및/또는 재밀봉성일 수 있다.
일례에서, 밀봉 커버는, 예를 들어 밀봉 커버를 센서 칩에 탈착식으로 부착하거나 첩부할 수 있게 하는 접착 필름을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접착 필름은 밀봉 커버의 표면의 적어도 일부, 예컨대 표면의 주변부에 배열될 수 있으며, 이는 밀봉 커버를 센서 칩에 단단히 부착하게 할 수 있고 멤브레인 또는 반응 셀이 밀봉 커버에 의해 주변 매질에 대해 포괄적으로 밀봉되는 것을 보장할 수 있다. 그러나, 스냅-끼워맞춤 연결 또는 다른 기계적 결합뿐만 아니라 자기 결합을 포함하여, 밀봉 커버를 센서 칩에 부착하는 다른 수단도 사용될 수 있음을 주목해야 한다.
밀봉 커버는 기밀일 수 있고/있거나 공기가 밀봉 커버를 가로지르는 것을 차단하도록 구성될 수 있다. 센서 칩에 대한 밀봉 커버의 기밀 구성 및 부착은 주변 매질 또는 생체활성제가 반응 셀에 진입할 수 없도록 보장할 수 있으며, 이는 시간 경과에 따라 반응 셀 내의 수용체 단백질 복합체의 수를 잠재적으로 감소시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 반응 셀의 이러한 밀봉은 센서 칩이 작동하지 않을 때, 예를 들어 센서 칩을 저장할 때 특히 유리할 수 있다.
센서 칩은 감지 장치 내에 적어도 부분적으로 삽입되도록 형상 및 크기가 구성될 수 있다. 따라서, 센서 칩은 감지 장치 내에 적어도 부분적으로 삽입될 수 있도록 형상화되고 크기가 정해질 수 있다. 이러한 부분 삽입은 감지 장치 내에 센서 칩의 정확한 위치 설정을 보장할 수 있고, 센서 칩과 감지 장치 사이의 적절한 연결 또는 결합을 보장할 수 있고, 센서 칩을 손상으로부터 보호할 수 있다.
예를 들어, 센서 칩은 감지 장치의 소켓 내에 적어도 부분적으로 삽입되도록 형상 및 크기로 구성될 수 있다. 즉, 감지 장치는 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하기 위한 적어도 하나의 소켓을 포함할 수 있다. 소켓은, 예를 들어 슬롯형으로 형성될 수 있고, 센서 칩은 센서 칩을 소켓 내로 밀어서 소켓 내로 삽입될 수 있다.
선택적으로, 센서 칩은 센서 칩의 하우징의 외부 표면에 적어도 하나의 표면 특징부를 포함할 수 있으며, 센서 칩의 적어도 하나의 표면 특징부는 소켓 내의 센서 칩의 정확한 위치 설정을 보장하기 위해 소켓의 적어도 하나의 표면 특징부에 상보적으로 형성된다. 여기서, 센서 칩의 적어도 하나의 표면 특징부는 선택적으로 소켓의 적어도 하나의 표면 특징부와 체결되어 소켓 내에 센서 칩을 고정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 소켓의 표면 특징부 및 센서 칩의 하우징에서의 표면 특징부는 센서 칩을 소켓에 고정하기 위한 클릭 또는 스냅-끼워맞춤 기구를 제공할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 센서 칩은 센서 칩을 감지 장치에 자기적으로 결합하기 위한 하나 이상의 자석 또는 자기 요소를 포함할 수 있다. 또한, 센서 칩을 감지 장치에 고정하는 다른 수단, 예컨대 나사 잠금 또는 다른 기계적 잠금이 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 하나 이상의 상이한 검출 원리 또는 모드가 적용되어 하나 이상의 생체활성제에 결합함으로써 유도된 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 검출할 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화는 광학 측정에 기초하여 검출 가능할 수 있다. 이러한 광학 측정은 반응 셀의 적어도 일부, 멤브레인의 적어도 일부 또는 반응 셀의 외부에서 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상태 변화는 형광 광을 검출하는 것에 기초하여 그리고 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분의 형광 여기에 기초하여 검출 가능할 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체는 적어도 하나의 형광 표지를 포함할 수 있고, 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 해리되도록 구성될 수 있고, 이에 의해 적어도 하나의 형광 표지를 반응 셀 내로 방출한다. 결합 시 수용체 단백질 복합체로부터 방출된 형광 표지에 의해 방출된 형광 광은 상태 변화를 검출하기 위해 검출될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상태 변화는 광 산란에 기초하여, 예를 들어 반응 셀의 적어도 일부를 통해 광을 통과시키고 반응 셀을 통과하는 광의 강도 변화를 측정함으로써 검출 가능할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상태 변화는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면의 하나 이상의 광학 특성을 결정하는 것에 기초하여 검출 가능할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 반응 셀 내 또는 적어도 하나의 기능성 표면에서의 전자기 방사선의 흡수는 수용체 단백질 복합체의 상태 변화를 검출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 생체활성제에 대한 수용체 단백질 복합체의 결합은 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분의 해리 및/또는 적어도 하나의 기능성 표면으로부터 수용체 단백질 복합체의 해리를 초래할 수 있으며, 이는 적어도 하나의 기능성 표면 및/또는 반응 셀에 함유된 기재의 광학 특성의 검출 가능한 변화를 초래할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상태 변화는 반응 셀에 함유된 기재의 전도도 및/또는 전도도의 변화를 결정하는 것에 기초하여 검출될 수 있다. 이를 위해, 센서 칩은 반응 셀의 내부에 배열된 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상태 변화는 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부가 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 반응 셀에서 발생하는 전기화학적 공정을 검출하는 것에 기초하여 검출 가능할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상태 변화는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면의 질량 및/또는 질량 변화를 결정하는 것에 기초하여, 예를 들어 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정된 수용체 단백질 복합체의 질량 및/또는 질량 변화를 결정하는 것에 기초하여 검출 가능할 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체는 적어도 하나의 기능성 표면에 한정될 수 있고, 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 해리될 수 있으며, 이는 적어도 하나의 기능성 표면 또는 멤브레인의 질량의 측정 가능한 변화를 초래할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 기능성 표면의 하나 이상의 물리적 또는 광학적 특성의 변화는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서의 표면 플라스몬 공명에 기초하여 검출 가능할 수 있다. 전술한 검출 원리 또는 심지어 다른 검출 원리 중 임의의 하나 이상이 수용체 단백질 복합체가 하나 이상의 생체활성제에 결합함으로써 유도된 상태 변화를 검출하는 데 사용될 수 있음을 강조한다.
대응하는 센서 또는 감지 요소와 같은 전술한 상태 변화 중 하나 이상을 실제로 감지하기 위한 추가 기술적 수단이 센서 칩 및/또는 감지 장치에 포함될 수 있음을 유의한다. 따라서, 센서 칩 및 감지 장치 중 하나 또는 둘 모두는 광학 측정에 기초하여, 형광 광을 검출하는 것에 기초하여, 상기 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분의 형광 여기에 기초하여, 광 산란에 기초하여, 상기 센서 칩의 반응 셀에 함유된 기재의 전도도를 결정하는 것에 기초하여, 상기 반응 셀에서 발생하는 전기화학 공정에 기초하여, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면의 하나 이상의 광학 특성을 결정하는 것에 기초하여, 전자기 방사선의 흡수를 결정하는 것에 기초하여, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면의 질량을 결정하는 것에 기초하여, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정된 수용체 단백질 복합체의 질량을 결정하는 것에 기초하여, 및 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서의 표면 플라스몬 공명에 기초하여, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하도록 구성될 수 있다.
일례에 따르면, 센서 칩은 센서 칩을 감지 장치에 작동 가능하게 결합하기 위한 하나 이상의 커넥터를 포함한다. 이러한 작동 결합은 센서 칩이 하나 이상의 커넥터를 통해 감지 장치에 연결될 수 있어서, 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화가 검출 가능함을 의미할 수 있다.
일례에서, 하나 이상의 커넥터는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 형태 상태의 변화를 광학적으로 검출하기 위해 감지 장치로부터 반응 셀 내로 전자기 방사선을 결합하도록 구성된 적어도 하나의 광학 커넥터를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 커넥터는 반응 셀로부터 전자기 방사선을 결합하기 위한 적어도 하나의 추가 광학 커넥터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 칩은 감지 장치로부터 센서 칩 내로 전자기 방사선을 전달하기 위한 제1 광학 커넥터 및 센서 칩으로부터 감지 장치 내로 전자기 방사선을 전달하기 위한 제2 광학 커넥터를 포함할 수 있다. 센서 칩은 센서 칩을 감지 장치에 광학적으로 결합하기 위한 2개 초과의 광학 커넥터를 포함할 수도 있다.
적어도 하나의 광학 커넥터 및/또는 적어도 하나의 추가 광학 커넥터, 예를 들어 제1 및 제2 광학 커넥터는 센서 칩의 하우징에 배열된 적어도 하나의 애퍼처를 포함할 수 있다. 대응하는 광학 커넥터의 적어도 하나의 애퍼처를 통해, 전자기 방사선은 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 수용체 단백질 복합체의 상태 변화를 광학적으로 검출하기 위해 센서 칩 내로 및/또는 센서 칩 밖으로 결합될 수 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 애퍼처는 미리 정의된 파장의 전자기 방사선에 반투명한 재료의 층으로 밀봉될 수 있다. 예를 들어, 상태 변화는 생체활성제에 결합 시 방출될 수 있는 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 형광 표지의 형광 여기에 기초하여 검출될 수 있다. 여기서, 애퍼처를 밀봉하는 재료 층은 미리 정의된 파장 또는 파장 범위의 적어도 형광 여기 광에 대해 투과성이거나 반투명할 수 있어서, 형광 여기 광을 반응 셀에 결합시킬 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 애퍼처를 밀봉하는 재료 층은 형광 표지에 의해 방출된 적어도 형광 광에 대해 투과성이거나 반투명할 수 있다.
적어도 하나의 애퍼처는, 예를 들어 형상화, 배향 또는 형성될 수 있고, 애퍼처를 통해 반응 셀에 진입하는 이러한 광 또는 전자기 방사선은 광의 외피가 반응 셀의 적어도 일부를 가로지르는 결과를 초래한다. 예를 들어, 적어도 하나의 애퍼처는 반응 셀의 길이방향 축에 평행하게 배향될 수 있다.
또 다른 예에서, 센서 칩은 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 광학적으로 검출하기 위해 반응 셀을 통해 전자기 방사선을 안내하기 위한 적어도 하나의 광학 가이드를 더 포함한다. 여기서, 적어도 하나의 광학 가이드는 반응 셀의 적어도 일부를 가로지를 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 광학 가이드는 반응 셀을 통해 반응 셀의 길이방향 축에 평행하게 연장될 수 있다. 반응 셀 내에 하나 이상의 광학 가이드를 배열하는 것은 일반적으로 고감도 광학 측정을 허용할 수 있고, 이에 의해 결합 시 수용체 단백질 복합체의 상태 변화를 정확하고 신뢰성 있게 검출할 수 있다.
적어도 하나의 광학 가이드는 센서 칩의 적어도 하나의 광학 커넥터와 정렬되고 광학적으로 결합될 수 있다. 따라서, 전자기 방사선 또는 광은 적어도 하나의 광학 커넥터를 통해 적어도 하나의 광학 가이드 내에 및/또는 그로부터 결합될 수 있다.
예로서, 센서 칩은 적어도 2개의 광학 가이드 및 적어도 2개의 광학 가이드의 말단에 배열된 적어도 하나의 반사 요소를 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 반사 요소는 적어도 2개의 광학 가이드를 광학적으로 결합한다. 즉, 전자기 방사선은 광학 가이드 중 하나를 통과하여, 적어도 하나의 반사 요소에 반사되고 추가 광학 가이드에 결합될 수 있다. 선택적으로, 적어도 2개의 광학 가이드 각각은 적어도 하나의 반사 요소에 대향하는 각각의 광학 가이드의 말단에 배열된 센서 장치의 적어도 하나의 광학 커넥터와 광학적으로 결합될 수 있다. 이러한 구성에서, 적어도 2개의 광학 가이드를 통해 반응 셀을 가로지르는 전자기 방사선의 경로 길이가 최대화될 수 있으며, 이는 센서 칩의 민감도를 증가시킬 수 있다.
또 다른 예에서, 센서 칩의 하나 이상의 커넥터는 센서 칩을 감지 장치에 전기적으로 결합하기 위한 적어도 하나의 전기 커넥터를 포함할 수 있다. 이러한 전기 커넥터는 전기 신호, 예를 들어 제어 신호 또는 검출 신호가 감지 장치에 의해 센서 칩에 제공될 수 있거나 그 반대일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 전기 커넥터는 센서 칩과 감지 장치 사이의 데이터 통신 또는 통신 결합을 허용할 수 있다.
일례에서, 센서 칩은 반응 셀 내에 적어도 부분적으로 배열되고 반응 셀 내의 기재 또는 조성물의 전도도 또는 전도도 변화를 결정하도록 구성된 하나 이상의 전극을 추가로 포함한다. 전술한 바와 같이, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 결합 시 유도된 상태 변화는 수용체 단백질 복합체를 여러 성분으로 해리하는 것 및/또는 수용체 단백질 복합체를 적어도 하나의 기능성 표면으로부터 해리하는 것을 포함할 수 있다. 이들 상태 변화 중 어느 하나는 반응 셀에 함유된 기재의 전도도 변화를 초래할 수 있으며, 이는 높은 정확도, 민감도 및 정밀도를 갖는 하나 이상의 전극에 의해 측정 가능할 수 있다.
또 다른 예에서, 센서 칩은 수용체 단백질 복합체의 적어도 하나 이상의 성분에 의해 방출되고/되거나 산란된 전자기 방사선에 대해 반투명한 적어도 하나의 검출 윈도우를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 검출 윈도우는 수용체 단백질 복합체의 적어도 하나 이상의 성분, 예컨대 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 방출된 하나 이상의 형광 표지에 의해 방출된 형광 광에 대해 반투명할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 검출 윈도우는 형광 여기 광에 대해 불투명할 수 있다. 따라서, 검출 윈도우에 의해 형광 여기 광이 반응 셀을 빠져나가는 것이 차단될 수 있다. 이러한 구성은, 특히 형광 여기 광의 강도가 형광 표지에 의해 방출된 실제 형광 광의 강도보다 훨씬 더 높은 경우에, 센서 칩의 민감도를 증가시킬 수 있다.
적어도 하나의 검출 윈도우는, 예를 들어 멤브레인에 대향하여 배열되고, 멤브레인을 향해 배치되고 및/또는 멤브레인을 향해 배향될 수 있다. 검출 윈도우의 이러한 배열은 멤브레인의 광학 특성 또는 반응 셀의 기능성 표면의 변화가 센서 칩의 검출 윈도우를 통해 신뢰성 있게 검출될 수 있도록 보장할 수 있다.
일례에서, 반응 셀과 대면하는 적어도 하나의 검출 윈도우의 내부 표면은 수용체 단백질 복합체의 적어도 성분에 결합하도록 구성된 분자 포획 복합체로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있어서, 하나 이상의 생체활성제에 결합된 수용체 단백질 복합체가 내부 표면에 포획된다. 따라서, 적어도 하나의 검출 윈도우의 내부 표면은 하나 이상의 생체활성제에 이미 결합된 반응 셀 내의 수용체 단백질 복합체에 대한 싱크로서 작용할 수 있다. 코팅된 내부 표면에 의해, 센서 칩의 민감도는 상당한 양의 생체활성제를 함유하는 주변 매질에서 장기간 작동 중에도 높은 수준으로 유지될 수 있다. 이러한 구성은, 예를 들어 형광 여기에 기초하여, 광학적으로 상태 변화를 검출할 때 특히 유리할 수 있다. 예를 들어, 센서 칩이 생체활성제에 장시간 작동하거나 고도로 노출된 후, 수용체 단백질 복합체의 많은 부분이 생체활성제에 결합되었을 수 있고, 멤브레인으로부터 해리 및/또는 유리되었을 수 있으며, 이는 새롭게 결합된 수용체 단백질 복합체에 의해 유도된 추가 형광의 적절한 검출을 부정확하게 할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 검출 윈도우의 코팅된 내부 표면에 의해, 이미 결합된 수용체 단백질 복합체 또는 이의 성분, 예컨대 하나 이상의 형광 표지가 코팅된 내부 표면에 포획되고 광학 측정에 영향을 미치거나 영향을 미칠 수 없는 것을 보장할 수 있다.
수용체 단백질 복합체 또는 이의 하나 이상의 성분을 분자 포획 복합체에 실제로 결합시키기 위해, 수용체 단백질 복합체는 바람직하게는 분자 포획 복합체에 높은 친화도로 결합하는 친화도 태그를 포함할 수 있다. 친화도 태그는, 예를 들어 비오틴일 수 있으며, 이 경우 분자 포획 복합체는 스트렙타비딘을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 친화도 태그는 히스티딘 태그일 수 있으며, 이 경우 분자 포획 복합체는 킬레이트화 니켈 이온을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 반응 셀과 대면하는 적어도 하나의 검출 윈도우의 내부 표면은, 형광 표지와 같은 수용체 단백질 복합체의 적어도 하나의 성분에 의해 방출된 산란된 광 및/또는 형광 광을 퀀칭시키기 위해 퀀칭 분자로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 반응 셀과 대면하는 멤브레인의 내부 표면은 수용체 단백질 복합체의 적어도 성분에 의해 방출된 산란된 광 및/또는 형광 광을 퀀칭시키기 위해 퀀칭 분자로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 산란된 광 및/또는 형광 광의 퀀칭은 하나 이상의 생체활성제에 결합하는 수용체 단백질 복합체에 기인하지 않는 광 산란 또는 형광 방출로부터 기인하는 노이즈를 감소시키거나 심지어 제거할 수 있다.
일례에서, 센서 칩 및/또는 반응 셀은 세장형 형상을 가질 수 있다. 이러한 세장형 형상은 주변 매질에 노출된 멤브레인 및/또는 반응 셀의 표면을 증가시킬 수 있으며, 이는 생체활성제의 실제 검출의 품질 및 정밀도를 증가시킬 수 있다. 여기서, 멤브레인은 선택적으로 센서 칩의 길이방향 측면에 배열될 수 있다.
또 다른 예에서, 반응 셀은 직사각형 단면을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 반응 셀은 평행육면체로서 형성될 수 있다. 그러나, 반응 셀의 다른 기하학적 구조, 형상 또는 형태도 본 개시의 맥락에서 고려된다는 점에 주목해야 한다.
예를 들어, 반응 셀은 원형, 타원형 또는 난형 단면을 가질 수 있고/있거나 관형 형상일 수 있다. 여기서, 멤브레인은 반응 셀의 주변부 또는 외부 원주를 따라 반응 셀을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 또한, 이러한 구성은 생체활성제가 반응 셀에 진입할 수 있는 멤브레인의 표면을 증가시키거나 최대화할 수 있게 함으로써, 생체활성제의 검출의 정확성 및 정밀도를 증가시킬 수 있게 한다.
추가 예에서, 센서 칩은 반응 셀과 유체 결합 가능한 적어도 하나의 저장부를 더 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 저장부는 탈이온수를 반응 셀에 공급하도록 구성되어 있다. 따라서, 적어도 하나의 저장부는 탈이온수로 적어도 부분적으로 충진될 수 있다. 저장부는 또한 본원에서 물 저장부로서 지칭될 수 있다. 저장부에 의해, 기재, 또는 시간이 지남에 따라 반응 셀로부터 빠져나가는 액체, 예를 들어 멤브레인을 통과하는 물은 탈이온수를 반응 셀에 공급함으로써 보상될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 반응 셀은 센서 칩을 처음으로 사용하기 전에 건조 상태에 있을 수 있거나 액체, 반고체 및/또는 젤라틴 기재를 함유하지 않을 수 있고, 센서 칩은 탈이온수를 저장부로부터 반응 셀 내로 공급함으로써 활성화될 수 있다.
일례에서, 적어도 하나의 저장부의 벽면의 적어도 일부는 저장부의 부피가 조정 가능할 수 있도록 변위성, 가요성, 이동식일 수 있다. 이러한 구성은 시간이 지남에 따라 반응 셀로부터 기제, 액체, 유체 또는 물의 임의의 손실 또는 누출을 동적으로 보상하게 할 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 저장부의 적어도 일부는 가요성 백 또는 가요성 블리스터로서 형성될 수 있다. 여기서, 저장부의 부피는, 특히 물이 반응 셀을 향해 저장부를 떠나는 경우 수축에 상당한 저항을 가하지 않고, 반응 셀에 공급된 탈이온수의 양 또는 부피에 따라 조정될 수 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 저장부는 압력 등화(pressure equalization)를 위한 적어도 하나의 개구부를 포함하는 센서 칩의 하우징의 일부분에 의해 둘러싸일 수 있다. 적어도 하나의 개구부, 주변 매질, 예를 들어 공기를 통해, 예를 들어 저장부에 비해 반응 셀에서 더 높은 삼투압에 의해 물이 저장부로부터 반응 셀을 향해 당겨질 때, 하우징으로 진입할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 센서 칩은 적어도 하나의 저장부의 부피를 조정하도록 구성된 적어도 하나의 이동식 피스톤을 더 포함할 수 있다. 또한, 이러한 구성은 시간이 지남에 따라 반응 셀로부터 기재, 액체, 유체 또는 물의 임의의 손실 또는 누출을 동적으로 보상하게 할 수 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 저장부는 반투과성 멤브레인 차단 염에 의해 반응 셀에 유체 결합되거나 연결되어 반응 셀로부터 저장부 내로 확산될 수 있다. 반투과성 멤브레인은 염이 반응 셀에 남아 있고 삼투압 구배를 유지하여 저장부로부터 반응 셀 내로 탈이온수의 흐름을 초래할 수 있다.
또 다른 예에서, 센서 칩은 반응 셀과 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통을 차단하도록 구성된 적어도 하나의 차단 요소를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 칩은 적어도 하나의 차단 요소를 사용하여 반응 셀과 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통을 차단 해제하는 것에 기초하여 활성화 가능할 수 있다. 즉, 센서 칩은 유체 연통을 차단 해제하고 저장부로부터 반응 셀 내로 탈이온수를 공급함으로써 활성화될 수 있다.
적어도 하나의 차단 요소는, 예를 들어 적어도 하나의 저장부와 반응 셀 사이에 배열된 수-불투과성 멤브레인을 포함할 수 있다. 여기서, 센서 칩은 수-불투과성 멤브레인의 적어도 일부에 기초하여 또는 이를 파괴함으로써 활성화 가능할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 차단 요소는 반응 셀과 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통을 차단하거나 차단 해제하도록 작동 가능한 이동식 핀을 포함할 수 있다. 여기서, 센서 칩은 반응 셀과 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통이 차단 해제되거나 확립되도록 이동식 핀을 변위시키는 것에 기초하여 활성화 가능할 수 있다.
일례에 따르면, 수용체 단백질 복합체는 각각 하나 이상의 생체활성제에 결합하도록 구성되고 생체활성제 중 하나에 결합 시 형태를 변경하도록 구성된 수용체 단백질의 적어도 하나의 리간드 결합 도메인을 포함할 수 있다. 선택적으로, 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 하나 이상의 수용체 단백질의 복수의 리간드 결합 도메인을 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 생체활성제는 단일 수용체 단백질 복합체에 의해 결합될 수 있으며, 이는 센서 칩의 전체 민감도를 증가시킬 수 있다.
또한 선택적으로, 복수의 리간드 결합 도메인은 상이한 유형일 수 있고, 상이한 유형의 생체활성제에 결합하도록 구성될 수 있다. 즉, 수용체 단백질 복합체는 상이한 유형의 생체활성제에 결합하도록 구성된 상이한 유형의 수용체 단백질의 적어도 일부, 예를 들어 리간드 결합 도메인을 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 상이한 유형의 생체활성제는 단일 수용체 단백질 복합체로 검출될 수 있다.
일례에 따르면, 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는, 제노센서 단백질(xenosensor protein) 또는 호르몬 수용체 단백질인, 수용체 단백질의 적어도 하나의 리간드 결합 도메인을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 수용체 단백질 복합체는 각각 아릴 탄화수소 수용체, 구성적 안드로스탄 수용체, 프레그난 X 수용체, 및 에스트로겐 수용체로 이루어진 군으로부터 선택된 수용체 단백질의 적어도 하나의 리간드 결합 도메인을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 아릴 탄화수소 수용체 또는 아릴 탄화수소 수용체 단백질의 적어도 하나의 결합 도메인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 적어도 PAS(Per-ARNT-Sim) 도메인 또는 전체 아릴 탄화수소 수용체 단백질을 포함할 수 있으며, 이는 재료, 화합물, 분자 및/또는 제제, 예를 들어 폴리염소화 디벤조디옥신, 디벤조푸란 및 바이페닐과 같은 할로겐화 방향족 탄화수소, 및/또는 3-에틸콜란트렌, 벤조[a]피렌, 벤잔트라센 및 벤조플라본과 같은 다환 방향족 탄화수소의 검출을 허용할 수 있다.
일반적으로, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 재조합 단백질 또는 비재조합 단백질을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 수용체 단백질 복합체는 단량체 수용체 단백질, 동종이량체 수용체 단백질 복합체 또는 이종이량체 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부를 각각 포함할 수 있다.
또한, 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 각각의 수용체 단백질 복합체의 나머지 부분으로부터 해리되는 유기 또는 무기 모이어티를 포함할 수 있다.
예로서, 수용체 단백질 복합체는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 각각의 수용체 단백질 복합체의 나머지 부분으로부터 해리되거나 방출되는 적어도 하나의 형광 표지를 포함할 수 있다. 이러한 수용체 단백질 복합체를 사용하여, 하나 이상의 생체활성제에 대한 수용체 단백질 복합체의 결합에 의해 유도된 상태 변화는 수용체 단백질 복합체의 나머지 부분으로부터 해리되거나 유리된 적어도 하나의 형광 표지의 형광 여기에 기초하여 검출될 수 있다. 선택적으로, 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 동일하거나 상이한 유형의 복수의 형광 표지를 포함할 수 있다. 예로서, 적어도 하나의 형광 표지는 형광 염료 또는 녹색 형광 단백질일 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 수용체 단백질 복합체는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 각각의 수용체 단백질 복합체의 나머지 부분으로부터 해리되거나 방출되는 나노입자를 포함할 수 있다. 나노입자, 예를 들어 금 나노입자를 결합 시 방출되는 모이어티로서 사용하면, 결합 이벤트에 의해 유도된 질량의 변화가 증가될 수 있으며, 이는 생체활성제의 검출의 민감도 및 정밀도를 증가시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 센서 칩은 센서 칩의 유형 및/또는 센서 칩에 함유된 수용체 단백질 복합체의 유형을 식별하기 위한 칩 식별자를 추가로 포함한다. 유사하게, 칩 식별자는 센서 칩으로 검출 가능한 생체활성제의 유형을 식별하게 할 수 있다. 일례에서, 칩 식별자는 센서 칩의 유형 및/또는 센서 칩에 함유된 수용체 단백질 복합체의 유형을 나타내는 정보 또는 데이터를 포함할 수 있다.
선택적으로, 칩 식별자는 사용자 장치에 의해 판독 가능할 수 있고/있거나 감지 장치에 의해 판독 가능할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 사용자 장치는 센서 칩 또는 감지 장치, 예컨대 예를 들어 스마트폰, 태블릿, 개인용 컴퓨터, 노트북, 스마트 장치, 스마트 시계 또는 임의의 다른 연산 장치에 작동 가능하게 및/또는 통신 가능하게 결합 가능한 임의의 장치를 지칭할 수 있다. 칩 식별자를 판독하는 것은 특히 센서 칩 및/또는 수용체 단백질 복합체의 유형에 관한 정보를 사용자 장치 및/또는 감지 장치에 제공하게 할 수 있다. 이는 센서 칩이 감지 장치 내에 삽입될 때, 감지 장치에 의한 센서 칩의 적절한 작동 및 제어를 추가로 보장하게 할 수 있다.
일례에서, 칩 식별자는 바코드, QR 코드, RFID 태그, 라벨, 및 데이터 저장소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바코드, QR 코드, 라벨 또는 RFID 태그는 광학 검출에 기초하여 또는 사용자 장치 및/또는 감지 장치에 사용되는 RFID 판독기를 사용하여 사용자 장치 및/또는 감지 장치에 의해 판독될 수 있다. 마찬가지로, 데이터 저장소에 저장된 데이터는, 예를 들어 센서 칩의 하나 이상의 커넥터를 통해 데이터 통신을 확립하는 것에 기초하여 사용자 장치 및/또는 감지 장치에 의해 판독될 수 있다.
또 다른 예에서, 센서 칩은 센서 칩의 사용량 또는 잔여 수명을 나타내는 이력 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 저장소를 더 포함할 수 있다. 또한, 이러한 데이터는 사용자 장치 및/또는 감지 장치에 의해 판독될 수 있다. 데이터 저장소 상에 이력 데이터를 저장하는 것은, 센서 칩의 적절한 기능을 여전히 보장하면서, 예를 들어 센서 칩의 수명이 아직 만료되지 않았다고 감지 장치가 결정할 수 있기 때문에, 예를 들어 센서 칩을 감지 장치에 재삽입함으로써, 특히 센서 칩을 재사용하게 할 수 있다.
예를 들어, 센서 칩의 사용량과 관련된 하나 이상의 작동 파라미터는 칩의 수명주기 또는 수명 전체에 걸쳐 측정될 수 있고, 이력 데이터로서 데이터 저장소 상에 저장될 수 있다. 즉, 데이터 저장소는 센서 칩의 사용량 또는 잔여 수명을 나타내는 하나 이상의 작동 파라미터를 저장하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 센서 칩의 잔여 수명이, 예를 들어 반응 셀 내의 수용체 단백질 복합체의 고갈로 인해 소정의 임계값에 도달하거나 그 아래로 떨어지는 경우, 센서 칩이 교체되어야 함을 나타내는 통지가 감지 장치 및/또는 사용자 장치에 의해 제공될 수 있다. 선택적으로, 감지 장치 및/또는 사용자 장치는, 이력 데이터에 기초하여, 반응 셀에서 수용체 단백질 복합체의 고갈을 결정하고 결정된 고갈에 기초하여 센서 칩의 잔여 수명을 결정할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 감지 장치 및/또는 사용자 장치는, 이력 데이터에 기초하여, 누적 대기 오염과 같은 생체활성제에 대한 누적 노출을 결정할 수 있다. 선택적으로, 이러한 정보는, 예를 들어 감지 장치 및/또는 사용자 장치의 사용자 인터페이스에서 사용자에게 제공될 수 있다.
일례에서, 센서 칩의 데이터 저장소는 센서 칩을 감지 장치에 작동 가능하게 결합할 때, 예를 들어 센서 칩을 감지 장치 내로 적어도 부분적으로 삽입할 때 감지 장치에 의해 접근 가능할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 센서 칩의 데이터 저장소는 센서 칩을 감지 장치에 작동 가능하게 결합할 때 감지 장치에 의해 판독될 수 있다. 예를 들어, 센서 칩의 데이터 저장소 및/또는 칩 식별자는 센서 칩을 감지 장치에 작동 가능하게 결합할 때 자동으로 감지 및/또는 판독될 수 있다.
일반적으로, 센서 칩은 복수의 반응 셀 및/또는 멤브레인을 포함할 수 있다. 선택적으로, 복수의 반응 셀은 상이한 유형의 생체활성제에 결합하도록 구성된 상이한 유형의 수용체 단백질 복합체를 포함할 수 있다. 이들 구성은 센서 칩의 민감도를 증가시키고 센서 칩에 의해 검출될 수 있는 생체활성제의 범위를 확장시킬 수 있다. 따라서, 높은 정밀도로 다수의 상이한 생체활성제의 검출을 허용할 수 있는 콤팩트한 센서 칩이 제공될 수 있다.
또 다른 예에서, 센서 칩은 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하도록 구성된 하나 이상의 센서를 추가로 포함한다. 선택적으로, 센서 칩은 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 결정된 상태 변화를 나타내는 검출 신호를 제공하도록 구성된 처리 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 수용체 단백질 복합체의 상태 변화의 실제 검출을 위한 전자기기 및 감지 요소는 센서 칩에 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 포함될 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 센서 및/또는 처리의 적어도 일부는 감지 장치 내에 배열될 수 있다.
예를 들어, 센서 칩은 상태 변화를 광학적으로 검출하기 위한 광검출기와 같은 하나 이상의 광학 센서를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 센서 칩은 반응 셀 내의 전도도 측정에 기초하여 상태 변화를 검출하기 위한 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 센서 칩은 센서 칩의 적어도 하나의 기능성 표면에 고정되고/되거나 이로부터 방출된 수용체 단백질 복합체의 질량 및/또는 질량의 변화를 결정하는 것에 기초하여 상태 변화를 검출하도록 배열되고 구성된 하나 이상의 압전 요소를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 압전 요소는 적어도 하나의 기능성 표면을 향해 배치된 반응 셀의 하나 이상의 내부 표면에서 수용체 단백질 복합체 또는 이의 하나 이상의 성분의 질량 및/또는 질량 변화를 결정하는 것에 기초하여 센서 칩의 적어도 하나의 기능성 표면에서 고정되고/되거나 이로부터 방출된 수용체 단백질 복합체의 질량 및/또는 질량 변화를 결정하도록 배열되고 구성될 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면은, 상기 및 하기에서 설명된 바와 같이, 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 센서 칩의 사용에 관한 것이다. 센서 칩을 참조하여 상기 및 하기에서 제시된 임의의 개시는 센서 칩의 사용에 동일하게 적용된다.
본 개시의 추가 측면에서, 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 장치가 제공되어 있다. 감지 장치는, 상기 및 하기에서 설명된 바와 같이, 감지 장치를 적어도 하나의 센서 칩에 작동 가능하게 결합시키기 위해, 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된 하우징을 포함한다. 감지 장치는 상기 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀에서 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하는 것에 기초하여 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는 검출 신호를 제공하도록 구성된 처리 회로를 더 포함하고, 상기 상태 변화는 상기 하나 이상의 수용체 단백질 복합체를 상기 주변 매질로부터 상기 센서 칩의 멤브레인을 통해 상기 센서 칩의 반응 셀 내로 진입하는 하나 이상의 생체활성제와 결합시킴으로써 유도된다.
감지 장치는 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀에서 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하기 위해 하나 이상의 센서를 선택적으로 포함할 수 있음을 유의한다. 센서의 적어도 일부 또는 전부는 대안적으로 센서 칩에 포함될 수 있다. 유사하게, 처리 회로의 적어도 일부 또는 전체는 센서 칩에 배열되거나 이에 포함될 수 있다.
처리 회로는, 예를 들어 감지 장치 및/또는 센서 칩의 데이터 처리 또는 작동 제어를 위한 하나 이상의 프로세서, 하나 이상의 컨트롤러 또는 하나 이상의 마이크로-컨트롤러를 포함할 수 있다. 선택적으로, 처리 회로의 적어도 일부는 인쇄 회로 기판 상에 구현될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 처리 회로의 적어도 일부는 스마트 칩 또는 스마트 장치로서 구현될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 처리 회로의 적어도 일부는 주문형 집적 회로(ASIC)로서 구현될 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에서, 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위해, 상기 및 하기에서 설명된 바와 같이, 적어도 하나의 센서 칩에 작동 가능하게 결합 가능한 감지 장치가 제공되어 있다. 감지 장치는 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀에서 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함하며, 상태 변화는 하나 이상의 수용체 단백질 복합체를 센서 칩의 멤브레인을 통해 주변 매질로부터 센서 칩의 반응 셀 내로 진입하는 하나 이상의 생체활성제와 결합시킴으로써 유도된다. 감지 장치는 적어도 하나의 센서와 결합된 처리 회로를 더 포함하며, 처리 회로는 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하는 것에 기초하여 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는 검출 신호를 제공하도록 구성되어 있다.
일례에서, 주변 매질은 환경 공기를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 감지 장치는 환경 공기의 품질을 모니터링하기 위한 환경 모니터링 장치일 수 있거나 환경 모니터링 장치로서 구성될 수 있다.
감지 장치는 고정식 장치 및/또는 데스크톱 장치일 수 있거나 그로서 구성될 수 있다. 감지 장치는, 예를 들어, 이러한 환경에서의 공기의 품질을 모니터링하기 위해 집 또는 사무실에서 이용될 수 있다. 대안적으로, 감지 장치는 차량 등과 같은 다른 위치에 적어도 일시적으로 설치될 수 있다. 일반적으로, 감지 장치는 연속적으로 또는 미리 정의된 시간 간격으로 공기의 품질을 모니터링하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 감지 장치는 휴대용 장치, 모바일 장치 및/또는 핸드헬드 장치일 수 있거나 그로서 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 감지 장치는, 예를 들어 연속적으로 또는 미리 정의된 시간 간격으로 사람을 둘러싸는 공기의 품질을 모니터링하기 위해 사람에 의해 운반될 수 있다. 감지 장치는, 예를 들어 사람의 주머니, 가방, 백팩 또는 핸드백에 운반될 수 있거나, 옷, 가방, 백팩 또는 핸드백의 물품과 같은 사람의 물품에 부착될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 검출 신호는, 예를 들어 전자 신호 또는 데이터 신호와 같은 전자적으로 처리 가능한 신호를 지칭하거나 나타낼 수 있다. 선택적으로, 검출 신호는, 예를 들어 감지 장치의 사용자 인터페이스에서, 하나 이상의 검출된 생체활성제를 나타내는 판독을 제공하기 위해 처리 회로에 의해 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 검출 신호는 감지 장치로부터 사용자 장치로 송신될 수 있고, 사용자 장치에 의해 추가로 처리되어 하나 이상의 검출된 생체활성제를 나타내는 판독을 제공할 수 있다.
검출 신호는 주변 매질의 부피 당 하나 이상의 생체활성제의 양, 주변 매질의 부피 당 생체활성제의 질량, 주변 매질 내의 생체활성제의 농도, 주변 매질의 수용체 단백질 활성화 전위, 및 주변 매질의 생물활성을 나타낼 수 있다. 따라서, 전술한 양 중 하나 이상은 검출 신호를 처리하는 것에 기초하여 처리 회로 및/또는 사용자 장치에 의해 결정될 수 있다.
일례에서, 감지 장치는 센서 칩에 기계적으로 결합 가능할 수 있다. 기계적 결합은, 예를 들어 스냅 끼워맞춤 연결, 센서 칩 및 감지 장치의 적어도 부분적으로 맞물리는 표면 특징부, 예를 들어 나사 잠금에 의한 감지 장치에서의 센서 칩의 기계적 고정, 또는 임의의 다른 기계적 결합을 포함할 수 있다. 센서 칩을 감지 장치와 기계적으로 결합함으로써, 장치와 센서 칩 사이의 작동 결합을 허용하기 위해 센서 칩이 미리 정의된 위치 및/또는 배향에 있는 것을 보장할 수 있다. 따라서, 센서 칩과 감지 장치를 기계적으로 결합시키는 단계는 선택적으로 센서 칩과 감지 장치 사이에 작동 결합을 확립하는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 하나 이상의 광학 연결, 하나 이상의 전기 연결, 및/또는 하나 이상의 데이터 연결을 확립하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 센서 칩을 감지 장치에 기계적으로 결합함으로써, 센서 칩이 기능적이고 작동적인 것이 보장될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 감지 장치는 센서 칩에 자기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는 센서 칩을 감지 장치에 자기적으로 결합하기 위해 센서 칩의 하나 이상의 자기 카운터 부분 또는 자기 요소와 상호 작용하는 하나 이상의 자석을 포함할 수 있다. 또한 센서 칩을 감지 장치와 자기적으로 결합함으로써, 센서 칩이 감지 장치와 센서 칩 사이의 작동 결합을 허용하기 위해 미리 정의된 위치 및/또는 배향에 있는 것을 보장할 수 있다. 따라서, 센서 칩과 감지 장치를 자기적으로 결합시키는 단계는, 센서 칩과 감지 장치 사이에 작동 결합을 확립하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있고, 예를 들어 이는 하나 이상의 광학 연결부, 하나 이상의 전기 연결부, 및/또는 하나 이상의 데이터 연결부를 확립하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 센서 칩을 감지 장치에 자기적으로 결합함으로써, 센서 칩이 기능적이고 작동하도록 보장될 수 있다.
일례에서, 감지 장치는 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된 적어도 하나의 소켓을 포함할 수 있다. 센서 칩은 감지 장치 또는 적어도 하나의 소켓 내에 적어도 부분적으로 제거 가능하게 삽입될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 소켓은 감지 장치의 하우징이 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성될 수 있다. 센서 칩을 감지 장치 또는 소켓 내로 적어도 부분적으로 삽입하는 것은 센서 칩을 보호할 수 있고 센서 칩과 감지 장치 사이의 작동 결합이 확립될 수 있도록 보장할 수 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 소켓은 센서 칩의 적어도 하나의 표면 특징부에 상보적으로 형성된 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하여 적어도 하나의 소켓 내에 센서 칩의 정확한 위치 설정을 보장할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 소켓의 적어도 하나의 표면 특징부는 소켓 내에 센서 칩을 위치 설정하기 위한 하나 이상의 가이드를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 소켓의 적어도 하나의 표면 특징부는 센서 칩이 소켓 내에 제거 가능하게 고정 가능하도록, 센서 칩의 적어도 하나의 표면 특징부와 적어도 부분적으로 맞물리도록 구성될 수 있다. 따라서, 소켓의 표면 특징부 및 센서 칩의 하우징에서의 표면 특징부는 선택적으로 센서 칩을 소켓에 고정하기 위한 클릭 또는 스냅-끼워맞춤 기구를 제공할 수 있다.
감지 장치는 동일하거나 상이한 유형의 복수의 센서 칩을 수용하도록 구성된 복수의 소켓을 포함할 수 있음을 유의한다. 예를 들어, 상이한 유형의 생체활성제 또는 UV 방사선 노출 또는 오존 노출과 같은 하나 이상의 환경 파라미터를 검출하기 위한 상이한 유형의 센서 칩이 단일 감지 장치로 사용될 수 있다. 따라서, 감지 장치는 환경을 종합적으로 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
감지 장치의 처리 회로는 센서 칩 또는 감지 장치의 적어도 하나의 센서를 사용하여, 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 반응 셀 내의 하나 이상의 수용체 단백질의 위치 변화를 검출하는 것에 기초하여 주변 매질 내의 하나 이상의 생체활성제의 존재를 결정하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 감지 장치는 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀의 기재에 용해된 수용체 단백질 복합체의 존재, 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 감지 장치는 센서 칩에 송신된 광학 신호 및 전기 신호 중 적어도 하나의 변화를 결정하는 것에 기초하여 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀의 기재에 용해된 수용체 단백질 복합체의 존재, 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 감지 장치는 센서 칩에 송신된 광학 신호 및 전기 신호 중 적어도 하나의 변화를 결정하는 것에 기초하여 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부를 하나 이상의 생체활성제에 결합시킴으로써 유도된 상태 변화를 검출하도록 구성될 수 있다.
일례에서, 수용체 단백질 복합체는 생체활성제 중 하나에 결합할 때 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면으로부터 해리되도록 구성될 수 있으며, 감지 장치는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 감지 장치는 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위해 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 질량 및/또는 질량 변화를 결정하도록 구성된 하나 이상의 압전 요소를 포함할 수 있다. 일례에서, 감지 장치의 하나 이상의 압전 요소는 적어도 하나의 기능성 표면을 운반하는 센서 칩의 구성요소, 예컨대 멤브레인 또는 멤브레인을 향해 배치되거나 멤브레인에 대향하여 배열된 센서 칩의 하우징의 일부에 인접하여, 근접하여 또는 심지어 이와 접촉하여 배열될 수 있다. 질량 및/또는 질량 변화는, 예를 들어 멤브레인과 같은 적어도 하나의 기능성 표면을 운반하는 센서 칩의 구성요소의 여기된 기계적 진동, 및 감쇠 거동과 같은 기계적 진동의 특성을 측정하는 것에 기초하여 결정될 수 있다. 이는, 예를 들어 감지 장치의 처리 회로에 의해, 적어도 하나의 기능성 표면을 운반하는 센서 칩의 구성요소의 기계적 특성을 결정하게 할 수 있고, 차례로 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 질량 및/또는 질량 변화를 결정하게 할 수 있다. 그러나, 하나 이상의 압전 요소는 대안적으로 센서 칩 내에 배열될 수 있고 감지 장치에 의해 작동 가능하게 제어될 수 있음을 주목해야 한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 압전 요소는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면을 향해 배치되거나 이에 대향하여 배열된 반응 셀의 내부 표면에 결합된 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분의 질량을 결정하는 것에 기초하여 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 질량 및/또는 질량 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체는 결합 시 적어도 하나의 기능성 표면으로부터 유리될 수 있고, 적어도 하나의 기능성 표면을 향해 배치된 반응 셀의 내부 표면을 향해 확산될 수 있다. 수용체 단백질 복합체 또는 이의 성분은 내부 표면에 축적될 수 있으며, 축적은 내부 표면에서 수용체 단백질 복합체의 질량 및/또는 질량 변화를 결정함으로써 측정될 수 있다. 또한, 이러한 구성에서, 감지 장치의 하나 이상의 압전 요소는 반응 셀의 내부 표면을 운반하는 센서 칩 또는 반응 셀의 구성요소에 인접하거나, 이에 근접하거나, 심지어 이들과 접촉하여 배열될 수 있다. 질량 및/또는 질량 변화는, 예를 들어, 전술한 바와 같이, 센서 칩의 구성요소의 여기된 기계적 진동에 기초하여 결정될 수 있다.
일례에서, 하나 이상의 압전 요소는 센서 칩의 반응 셀의 하나 이상의 기능성 표면에 기계적으로 결합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 압전 요소는 반응 셀의 하나 이상의 기능성 표면을 향해 배치된 센서 칩의 반응 셀의 하나 이상의 내부 표면에 기계적으로 결합 가능할 수 있다. 압전 요소를 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면 또는 하나 이상의 내부 표면에 기계적으로 결합시킴으로써, 적어도 하나의 기능성 표면에 고정되거나 이로부터 방출된 수용체 단백질 복합체의 질량 및/또는 질량 변화는 높은 정밀도로 신뢰성 있게 검출될 수 있다. 전술한 바와 같이, 하나 이상의 압전 요소는, 예를 들어 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면 또는 하나 이상의 내부 표면을 운반하거나 지지하는 구성요소에 인접하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 기능성 표면이 멤브레인의 내부 표면에 의해 제공되거나 정의되는 경우, 하나 이상의 압전 요소는 멤브레인의 대향 측면에 배열될 수 있거나 또는 이와 접촉할 수 있다.
일례에서, 수용체 단백질 복합체는 적어도 하나의 형광 표지를 포함할 수 있으며, 감지 장치는 하나 이상의 형광 표지를 여기시키는 것에 기초하여 그리고 하나 이상의 형광 표지에 의해 방출된 형광 광을 검출하는 것에 기초하여 하나 이상의 생체활성제를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 각각의 수용체 단백질 복합체의 나머지 부분으로부터 해리되는 적어도 하나의 형광 표지를 포함할 수 있고, 상기 감지 장치는 하나 이상의 수용체 단백질 복합체로부터 해리된 하나 이상의 형광 표지를 여기시키는 것에 기초하여 그리고 상기 하나 이상의 해리된 형광 표지에 의해 방출된 형광 광을 검출하는 것에 기초하여 상기 하나 이상의 생체활성제를 검출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 감지 장치는 결합 시 수용체 단백질 복합체로부터 방출되는 반응 셀 내의 프리 형광 또는 광 흡수 표지의 형광 여기에 기초하여 하나 이상의 생체활성제에 대한 수용체 단백질 복합체의 결합에 의해 유도된 상태 변화를 검출하도록 구성될 수 있다.
감지 장치는 하나 이상의 형광 표지를 여기시키도록 구성된 하나 이상의 광원, 예를 들어 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있으며, 감지 장치는 하나 이상의 형광 표지에 의해 방출된 형광 광을 검출하도록 구성된 하나 이상의 광검출기를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 감지 장치는 반응 셀의 적어도 일부를 비추도록 구성된 하나 이상의 광원을 포함할 수 있으며, 감지 장치는 반응 셀 내의 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분에 의해 산란된 광을 검출하도록 구성된 하나 이상의 광검출기를 포함할 수 있다. 따라서, 감지 장치는 산란된 광을 검출하는 것에 기초하여 및/또는 광 산란에 기초하여 상태 변화를 검출하도록 구성될 수 있다.
일례에서, 하나 이상의 광검출기는 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하여 반응 셀로부터 침투하는 전자기 방사선을 검출하기 위해 감지 장치의 소켓에 인접하거나 이에 근접하여 배열될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광원은 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하기 위해 감지 장치의 소켓에 인접하거나 이에 근접하여 배열될 수 있어서, 하나 이상의 광원에 의해 방출된 전자기 방사선이 반응 셀 내로 결합 가능할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 광검출기는 센서 칩의 검출 윈도우에 대향하도록 배열될 수 있다. 즉, 하나 이상의 광검출기는 센서 칩이 감지 장치에 의해 적어도 수용될 때, 센서 칩의 적어도 하나의 검출 윈도우와 대향하여 배열될 수 있다.
일례에서, 하나 이상의 광원은 센서 칩의 하나 이상의 광학 커넥터를 통해 전자기 방사선 또는 광을 반응 셀 내로 결합하도록 배열될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 감지 장치는 센서 칩의 반응 셀의 적어도 일부를 가로지르는 하나 이상의 광학 가이드 내로 전자기 방사선을 결합하도록 배열된 하나 이상의 광원을 포함할 수 있으며, 감지 장치는 하나 이상의 광학 가이드를 가로지르는 전자기 방사선을 검출하도록 구성된 하나 이상의 광검출기를 포함할 수 있다. 일례에서, 하나 이상의 광원은 하나 이상의 광학 가이드의 말단과 정렬되도록 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 광검출기는 하나 이상의 광학 가이드의 말단과 정렬되도록 배열될 수 있다. 이러한 구성은 정확도, 민감도 및 정밀도로 수용체 단백질 복합체의 상태 변화의 신뢰성 있는 광학 측정 또는 검출을 허용할 수 있다.
일례에서, 처리 회로는 하나 이상의 광학 가이드에 인접하게 배열된 반응 셀의 기능성 표면 및 내부 표면 중 적어도 하나의 하나 이상의 광학 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 처리 회로는 하나 이상의 광학 가이드를 통해 반응 셀 내로 침투하는 소산광(evanescence light)의 흡수를 결정하는 것에 기초하여 하나 이상의 광학 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 광학 가이드에 인접하게 배열된 반응 셀의 기능성 표면 또는 내부 표면의 광학 특성을 측정하는 것은 높은 정확도, 민감도 및 정밀도로 수용체 단백질 복합체의 상태 변화의 신뢰성 있는 광학 측정 또는 검출을 허용할 수 있다.
또 다른 예에서, 감지 장치는 센서 칩을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 하우징을 더 포함할 수 있으며, 여기서 하우징은 센서 칩의 적어도 일부가 주변 매질과 접촉 가능하도록 주변 매질을 통과시키기 위한 하나 이상의 구멍을 포함한다. 하우징 내에 하나 이상의 구멍을 제공하는 것은 센서 칩의 멤브레인이 주변 매질과 신뢰성 있게 접촉될 수 있음을 보장할 수 있고, 이에 따라 생체활성제가 주변 매질로부터 반응 셀로 진입하여 그 안에서 검출될 수 있음을 보장할 수 있다.
선택적으로, 감지 장치는 감지 장치의 하우징 내의 하나 이상의 구멍을 통해 센서 칩의 적어도 일부에 주변 매질을 통과시키기 위한 하나 이상의 채널을 더 포함할 수 있다. 즉, 감지 장치의 하우징 내에 배열된 하나 이상의 구멍은 하나 이상의 채널을 통해 유체 결합될 수 있어서, 주변 매질이 구멍 및 채널을 통해 센서 칩 또는 그의 적어도 일부에 운반될 수 있다.
선택적으로, 감지 장치는 하나 이상의 채널에 배열되고 감지 장치의 하우징 내의 하나 이상의 구멍을 통해 센서 칩의 적어도 일부에 주변 매질을 운반하거나 이송하도록 구성된 하나 이상의 환기 장치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 마이크로 환기기는 하나 이상의 채널 내에 배열될 수 있다. 이러한 구성은 주변 매질이 고착되는 것을 방지할 수 있고, 센서 칩 또는 그의 적어도 일부가 감지 장치의 주변에 현재 존재하는 주변 매질과 접촉될 수 있도록 보장할 수 있다.
또 다른 예에서, 감지 장치는 센서 칩의 적어도 일부를 가열하도록 구성된 하나 이상의 가열 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 가열 요소는 센서 칩, 반응 셀 또는 이의 적어도 일부가 센서 칩의 미리 정의된 작동 온도에서 또는 그 근처에서, 예를 들어 체온 또는 실온에서 또는 그 근처에서 유지될 수 있도록 보장할 수 있다. 예를 들어, 적용된 일부 메커니즘 및 검출 원리는 생체활성제가 반응 셀 내로 확산되고 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분이 반응 셀과 확산되는 것과 같은 확산 공정을 포함할 수 있다. 이러한 공정은 일반적으로 온도 의존적이며, 합리적인 시간 내에 검출 신호를 얻기 위해 최소 온도가 유지되는 것을 요구할 수 있다. 또한, 수용체 단백질 복합체의 상태 변화는 온도 의존적일 수 있고 센서 칩의 미리 정의된 작동 온도에서, 그 근처에서 또는 그 위에서 더 잘 관찰 가능할 수 있다. 센서 칩 및 감지 장치의 적절한 기능이 센서 칩을 가열함으로써 보장될 수 있기 때문에, 감지 장치에 가열 요소를 배열하는 것은 저온 영역에서 또는 추운 계절 동안 특히 유리할 수 있다.
예를 들어, 하나 이상의 가열 요소는 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하기 위해 감지 장치의 소켓에 인접하게 배열될 수 있다. 따라서, 센서 칩 또는 이의 적어도 일부는 하나 이상의 가열 요소에 의해 효율적으로 가열될 수 있다.
선택적으로, 감지 장치는 센서 칩의 적어도 일부의 온도를 결정하도록 구성된 하나 이상의 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다. 온도 센서에 의해, 센서 칩, 반응 셀 또는 이의 적어도 일부가 센서 칩의 미리 정의된 작동 온도 또는 그 근처에서 유지될 수 있도록 포괄적인 온도 제어가 감지 장치에서 구현될 수 있다.
일례에서, 처리 회로는 하나 이상의 온도 센서를 사용하여 센서 칩의 적어도 일부의 온도를 결정하는 것에 기초하여 센서 칩의 적어도 일부의 온도를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 처리 회로는 반응 셀 또는 이의 적어도 일부가 센서 칩의 미리 정의된 작동 온도에서 또는 그 근처에서 유지될 수 있도록, 센서 칩의 적어도 일부의 온도를 제어하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 미리 정의된 작동 온도는 감지 장치 및/또는 센서 칩의 데이터 저장소에 저장될 수 있으며, 이는 온도를 제어하기 위해 작동 중에 처리 회로에 의해 액세스될 수 있다.
추가 예에서, 감지 장치는 센서 칩을 감지 장치 내로 삽입할 때 센서 칩의 하나 이상의 전기 커넥터에 연결하기 위한 하나 이상의 전기 커넥터를 더 포함한다. 바람직하게는, 센서 칩과 감지 장치 사이의 전기적 연결은 센서 칩을 감지 장치 내로 삽입할 때 자동으로 확립될 수 있다.
일례에서, 처리 회로는 센서 칩의 하나 이상의 전극에 결합될 수 있으며, 처리 회로는 반응 셀 내의 기재 또는 조성물의 전도도를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 처리 회로는, 예를 들어 하나 이상의 전극에 전압 및/또는 전류를 공급하는 것에 기초하여, 하나 이상의 전극을 제어하여, 하나 이상의 생체활성제에 대한 수용체 단백질 복합체의 결합에 의해 유도된 상태 변화를 검출하기 위해 반응 셀 내에서 전도도 측정을 수행하도록 구성될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 처리 회로는 센서 칩의 사용량 또는 잔여 수명을 나타내는 하나 이상의 작동 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 처리 회로는 센서 칩의 하나 이상의 작동 파라미터를 결정하는 것에 기초하여 적어도 센서 칩의 사용량 또는 잔여 수명을 결정하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 예를 들어 수용체 단백질 복합체의 고갈로 인해, 센서 칩의 수명이 제한될 수 있다. 센서 칩의 잔여 수명 또는 사용량을 결정함으로써, 예를 들어 센서 칩이 교체되어야 할 때 사용자에게 통지될 수 있다. 또한, 센서 칩은 센서 칩이 여전히 작동하거나 기능하도록 보장하면서 여러 번 사용될 수 있고, 예를 들어 감지 장치 내로 재삽입될 수 있다.
일례에서, 처리 회로는 센서 칩의 데이터 저장소로부터 센서 칩의 사용량 또는 잔여 수명을 나타내는 이력 데이터를 검색하는 것에 기초하여 적어도 하나의 센서 칩의 사용량 또는 잔여 수명을 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 이력 데이터는 센서 칩에 저장될 수 있고 센서 칩의 사용량 또는 잔여 수명을 결정하기 위해 감지 장치의 처리 회로에 의해 처리될 수 있다. 이력 데이터는, 예를 들어 센서 칩의 이전 또는 과거 작동 시간에 걸쳐 누적된, 하나 이상의 작동 파라미터에 대한 값을 포함할 수 있다.
예를 들어, 처리 회로는 센서 칩의 결정된 하나 이상의 작동 파라미터 및/또는 센서 칩의 데이터 저장소로부터 검색된 이력 데이터의 적어도 일부를 하나 이상의 임계 값과 비교하는 것에 기초하여 적어도 하나의 센서 칩의 사용량 또는 잔여 수명을 결정하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 임계 값은 감지 장치의 데이터 저장소에 저장될 수 있거나, 센서 칩의 데이터 저장소로부터 처리 회로에 의해 검색될 수 있다.
선택적으로, 처리 회로는 센서 칩의 유형 및/또는 센서 칩에 사용되는 수용체 단백질 복합체의 유형을 결정하는 것에 기초하여 적어도 하나의 센서 칩의 사용량 또는 잔여 수명을 결정하도록 구성될 수 있다. 그 안에 사용되는 센서 칩 및/또는 수용체 단백질 복합체의 유형은 센서 칩의 칩 식별자를 판독하는 것에 기초하여, 센서 칩의 데이터 저장소로부터 대응하는 데이터를 검색하는 것에 기초하여, 및/또는 예를 들어 감지 장치의 사용자 인터페이스를 통한 사용자 입력에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 처리 회로는 선택적으로 하나 이상의 작동 파라미터를 감지 장치의 데이터 저장소 및/또는 센서 칩의 데이터 저장소에 저장하도록 구성될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 작동 파라미터는, 예를 들어 이력 데이터로서 저장될 수 있으며, 이는 나중에 센서 칩의 사용량 및/또는 잔여 수명을 결정할 수 있게 한다.
일례에서, 처리 회로는 센서 칩의 적어도 일부의 온도를 모니터링하는 것에 기초하여 하나 이상의 작동 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있다. 즉, 하나 이상의 작동 파라미터는 센서 칩의 적어도 일부의 온도, 예를 들어 시간 경과에 따른 온도를 포함할 수 있다. 수용체 단백질 복합체의 고갈뿐만 아니라 확산과 같은 반응 셀 내의 특정 공정 또는 반응은 온도 의존적일 수 있기 때문에, 시간 경과에 따른 센서 칩의 적어도 일부의 온도는 센서 칩의 사용량 및/또는 잔여 수명을 정확하게 결정하게 할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 처리 회로는 시간 경과에 따라 센서 칩 내의 수용체 단백질 복합체의 고갈을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 처리 회로는 시간 경과에 따른 센서 칩 및/또는 감지 장치의 하나 이상의 작동 파라미터에 기초하여, 예를 들어 시간 경과에 따른 센서 칩의 적어도 일부의 온도에 기초하여 수용체 단백질 복합체의 고갈을 결정하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 처리 회로는 시간 경과에 따라 센서 칩 내의 수용체 단백질 복합체의 결정된 고갈에 기초하여 센서 칩의 잔여 수명을 결정하도록 구성될 수 있다.
추가 예에서, 감지 장치는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있으며, 여기서 처리 회로는 센서 칩의 수명이 만료될 때 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 통지를 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 센서 칩 수명의 만료 시, 센서 칩이 사용자에 의해 제때에 교체될 수 있도록 사용자에게 통지될 수 있다.
선택적으로, 처리 회로는 결정된 하나 이상의 생체활성제에 관한 정보를 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 주변 매질의 즉시 또는 현재 품질, 예를 들어 공기 품질, 및/또는 생체활성제에 대한 즉각적인 노출에 대한 정보가 사용자 인터페이스에 제공될 수 있다. 또한, 과거의 노출과 같은 다른 정보 또는 센서 칩 및/또는 감지 장치의 작동과 관련된 다른 정보, 예컨대 센서 칩의 사용량 및/또는 잔여 수명에 관한 정보가 사용자 인터페이스에 제공될 수 있다.
또한 선택적으로, 처리 회로는 미리 정의된 임계값에 도달하거나 이를 초과하는 주변 매질 내의 생체활성제의 농도를 결정할 때 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 통지하도록 구성될 수 있다. 따라서, 고농도의 생체활성제를 검출할 때 사용자에게 경고가 제공될 수 있다.
일반적으로, 사용자 인터페이스는 임의의 유형의 사용자 인터페이스일 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 진동 요소, 디스플레이, 하나 이상의 LED, 및 스피커 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 센서 칩은 센서 칩의 유형 및/또는 센서 칩에 함유된 수용체 단백질 복합체의 유형을 식별하기 위한 칩 식별자를 포함할 수 있으며, 여기서 처리 회로는 칩 식별자로부터 센서 칩의 유형 및/또는 센서 칩에 함유된 수용체 단백질 복합체의 유형을 나타내는 정보 또는 데이터를 검색하도록 구성될 수 있다. 감지 장치는 이러한 목적을 위해 바코드 판독기, QR 코드 판독기, 및 RFID 스캐너 또는 판독기 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다.
감지 장치는 전기 에너지를 공급하기 위한 하나 이상의 에너지 저장소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지 장치는 감지 장치 및/또는 센서 칩에 전기 에너지를 공급하기 위한 하나 이상의 배터리, 축전기 및/또는 커패시터를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 감지 장치가 휴대용 또는 모바일 장치로 설계될 때 특히 유리할 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 감지 장치는 공급 그리드를 통해 전력이 공급될 수 있다.
감지 장치는 감지 장치를 사용자 장치와 통신 가능하게 결합하기 위한 통신 회로를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로는 무선 통신 회로, 바람직하게는 블루투스 송신기, 적외선 송신기 또는 무선 LAN 송신기를 포함할 수 있다. 이는 감지 장치와 사용자 장치 사이의 무선 데이터 연결 및 통신을 허용할 수 있다. 특히, 이는 사용자 장치로 감지 장치로부터 데이터, 예를 들어, 생체활성제로의 노출을 나타내는 데이터 및/또는 주변 매질의 품질을 나타내는 데이터를 검색하게 할 수 있다. 그런 다음, 데이터는 사용자 장치에서 추가로 처리 및/또는 표시될 수 있고, 사용자에 의해 평가될 수 있다.
다른 예에서, 감지 장치는 이온화 방사선에 대한 감지 장치의 노출을 측정하기 위한 하나 이상의 방사선 센서를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 방사선 센서는 UV 방사선에 민감한 가역적인 광색성 층(reversibly photochromic layer) 및 이온화 방사선에 민감한 라디오크로믹 염료 필름(radiochromic dye film) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하나 이상의 방사선 센서를 사용하면 생체활성제의 결정과 병행하여 또는 동시에 방사선 노출을 결정할 수 있다. 따라서, 주변 매질의 품질 및/또는 다양한 환경 파라미터에 대한 사용자의 노출은 포괄적으로 평가될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 감지 장치는 습도 센서, 휘발성 유기 탄소 센서, 오존 센서, 미립자 물질 센서, 질산용 센서, 및 일산화탄소 센서 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 전술한 센서 중 하나 이상을 사용하면 생체활성제에 대한 노출에 더하여 다른 다양한 환경 파라미터에 대한 사용자의 노출을 포괄적으로 결정하거나 평가할 수 있다.
본 개시의 추가 측면에 따르면, 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 시스템이 제공되어 있다. 감지 시스템은 상기 및 하기에서 설명된 바와 같은, 적어도 하나의 센서 칩, 및 상기 및 하기에서 설명된 바와 같은, 감지 장치를 포함한다. 감지 장치 및 센서 칩 중 어느 하나를 참조하여 상기 및 하기에서 상기 및 하기에서 제시된 임의의 개시는 감지 시스템에 동일하게 적용된다.
본 개시의 추가 측면은 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한, 상기 및 하기에서 설명된 바와 같은, 감지 장치의 사용, 및 상기 및 하기에서 설명된 바와 같은, 감지 시스템의 사용에 관한 것이다.
본 개시의 추가 측면에 따르면, 상기 및 하기에서 설명된 바와 같이, 감지 시스템, 감지 장치, 및 센서 칩 중 하나 이상을 갖거나 또는 사용하여 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하는 방법이 제공되어 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 방법은 감지 시스템, 감지 장치, 및 센서 칩 중 하나 이상을 작동시키는 방법에 관한 것일 수 있다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함하고 있다:
- 하나 이상의 생체활성제를, 예를 들어 확산에 기초하여, 센서 칩의 멤브레인을 통해 센서 칩의 반응 셀 내로 통과시키는 단계;
- 하나 이상의 생체활성제를 하나 이상의 수용체 단백질 복합체에 결합시킴으로써, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 유도하는 단계;
- 상기 감지 장치, 상기 센서 칩 및/또는 상기 감지 시스템으로, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 유도된 상태 변화를 검출하는 단계; 및
- 상기 감지 장치, 상기 센서 칩 및/또는 상기 감지 시스템으로, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 결정된 상태 변화에 기초하여 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는 검출 신호를 생성하는 단계.
재차, 감지 장치, 센서 칩, 및 감지 시스템 중 어느 하나를 참조하여 상기 및 하기에서 제시된 임의의 개시가 하나 이상의 생체활성제를 검출하는 방법에 동일하게 적용된다는 것이 강조된다.
일례에서, 센서 칩의 멤브레인을 통해 하나 이상의 생체활성제를 통과시키는 단계는 센서 칩의 멤브레인을 주변 매질과 접촉시키는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 센서 칩의 저장부로부터 센서 칩의 반응 셀로 탈이온수를 공급하는 것에 기초하여 센서 칩을 활성화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
예를 들어, 센서 칩을 활성화시키는 단계는, 센서 칩의 저장부와 반응 셀 사이의 적어도 하나의 차단 요소를 사용하거나 작동시키는 것에 기초하여 반응 셀과 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통을 차단 해제하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 차단 요소는 저장부와 반응 셀 사이에 배열된 이동식 핀을 포함할 수 있으며, 센서 칩을 활성화시키는 단계는 이동식 핀을 변위시키는 단계를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 차단 요소는 저장부와 반응 셀 사이에 배열된 수-불투과성 멤브레인을 포함할 수 있으며, 센서 칩을 활성화시키는 단계는 수-불투과성 멤브레인의 적어도 일부를 파괴하는 단계를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 센서 칩을 활성화시키는 단계는 멤브레인의 외부 표면으로부터 밀봉 커버를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 밀봉 커버를 제거함으로써, 검출될 생체활성제가 멤브레인을 통해 반응 셀에 진입할 수 있도록 멤브레인과 주변 매질 사이의 접촉이 확립될 수 있다.
또 다른 예에서, 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀의 기질에 용해된 수용체 단백질 복합체의 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 유도된 상태를 검출하는 단계는 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면을 향해 배치된 반응 셀의 적어도 하나의 내부 표면에서 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 형광 표지를 여기시키는 단계 및 하나 이상의 형광 표지에 의해 방출된 형광 광을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 반응 셀 내에서 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분에 의해 산란된 광을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 반응 셀의 기능성 표면 및 내부 표면 중 적어도 하나의 하나 이상의 광학 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 센서 칩의 하나 이상의 광학 가이드를 통해 반응 셀 내로 침투하는 소산광의 흡수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
이하에서, 본 개시의 다양한 측면, 실시예 및 예시적인 구현예가 요약되며, 이는 비제한적으로 해석되고 예시적인 목적으로만 사용된다.
본원에 설명된 센서 칩, 감지 장치 및 감지 시스템은 검출 요소 또는 화학적 인식 요소로서, 예를 들어 생물학적 수용체 단백질과 같은 수용체 단백질 복합체를 사용할 수 있다. 수용체 단백질 복합체는 수용성 환경에서, 예를 들어 센서 칩의 반응 셀에 존재할 수 있고, 예를 들어 낮은 확산 저항성의 다공성 멤브레인을 통해 주변 매질과 상호 작용할 수 있다. 수용체 단백질 복합체는, 예를 들어 제노센서 단백질 또는 AHR, CAR, PXR 및 ER과 같은 호르몬 수용체일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 후보 수용체 단백질 복합체의 이러한 목록은 완전한 것은 아니며, 하나 또는 여러 리간드 분자에 대한 결합 특이성을 나타내는 임의의 다른 단백질은 화학적 인식 요소로서 작용할 수 있다.
본 개시는 맞춤형 공기 품질 모니터링에 한정되지 않을 수 있지만, 예를 들어 물 또는 토양 추출물 내의 오염원을 검출하기 위해 적용될 수도 있다. 또한, 항상성 생화학적 공정, 예를 들어 신진대사에서 활성인 단백질이 사용될 수 있으며, 이 경우 감지 시스템은 진단 응용에 사용될 수 있다.
또한, 수용체 단백질 복합체를 복제하는 데 사용할 수 있는 유전자 서열은 인간, 동물, 식물, 진균 박테리아 또는 고세균 기원일 수 있다. 예를 들어, 분자 수준에서 센서 칩의 작동 원리에 따라, 이들은 비재조합 형태 또는 재조합 단백질의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 비재조합 및 재조합 단백질의 조합 및 동일하거나 상이한 종 기원의 상이한 단백질의 조합이 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부로서 사용될 수 있다. 선택적으로, 수용체 단백질 복합체는 예를 들어 형광단으로 단리 후에, 화학적으로 표지될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 후보 단백질은, 이들의 생물학적 기원에 관계없이, 이들이 재조합인지 여부 및 이들이 표지되는지 여부에 따라, 수용체 단백질 복합체로 통칭된다. 또한, 살아있는 세포에서 수용체 단백질 복합체와 어떤 방식으로 상호작용할 수 있지만, 그 자체는 수용체 단백질이 아닐 수 있는 단백질이 포함될 수 있다. 이러한 추가 단백질은 임의의 기원, 재조합 또는 비재조합, 표지 및 비표지일 수 있다.
전술한 바와 같이, 감지 시스템은, 예를 들어 환경 모니터링을 위해 고정식 또는 휴대용 장치일 수 있다. 감지 시스템은 다음에 설명된 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 감지 시스템은, 예를 들어 클릭 기구 또는 자기 연결에 의해 감지 장치 상에 장착될 수 있는 하나 이상의 교환 가능한 및/또는 일회용 센서 칩을 포함할 수 있다. 센서 칩은 적절한 액체, 반고체 및/또는 젤라틴 매트릭스 내에 수용체 단백질을 함유할 수 있다. 센서 칩은 이를 감지 장치에 연결하기 위한 적절한 전기 및/또는 광학 접촉부를 제공할 수 있다. 센서 칩은, 주변 매질 또는 대기로부터 반응 셀로의 질량 전달이 발생하는 기체 투과성 표면을 제공할 수 있다. 선택적으로, 칩은 수용체 단백질 복합체에 대한 상태 변화 또는 리간드 결합의 이벤트를 전자적으로 처리 가능한 변수 또는 신호로 변환할 수 있는 변환기 및/또는 처리 회로의 부분 또는 대부분을 함유할 수 있다. 감지 장치는 센서 칩이 삽입될 수 있는 소켓을 더 포함할 수 있다. 소켓은 센서 칩을 작동시키고 유지하는 데 필요한 적절한 광학 및/또는 전기 및/또는 질량 흐름 연결을 제공할 수 있고, 센서 칩의 기체 투과성 표면이 주변 매질 대기와 직접 및 선택적으로 연속 접촉하게 할 수 있다. 감지 장치는 선택적으로 외부 하우징, 상기 외부 하우징 상에 위치된 온/오프 버튼, 상기 외부 하우징에 내장된, 배터리 충전용 전원을 플러그하기 위한 연결부, 주변 공기가 상기 외부 하우징으로 진입하게 하는, 상기 외부 하우징 내의 천공, 및 상기 장치가 주변 및 상기 장치 상태, 예컨대 배터리 상태에서의 대기 오염의 수준을 설명하는 컬러 코딩된 광 신호를 제공하게 하는, 상기 외부 하우징에 내장된 LED의 작은 스크린 또는 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 감지 장치는 선택적으로 주변의 높은 대기 오염이 검출되는 경우 장치가 음향 신호를 제공할 수 있게 하는 스피커, 예를 들어, 옷, 바이크 또는 백팩의 스트랩 상에 장치를 고정하기 위한 수단, UV 방사선에 민감한 가역적 광변색 코팅 또는 층, 및 이온화 방사선에 민감한 라디오크로믹 염료 필름 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 감지 장치는 선택적으로 광원, 전압원, 및 전류원과 같은 물리적 신호의 공급원 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이는 생체활성제가 수용체 단백질 복합체에 결합할 때 강도, 진폭, 파장, 및/또는 주파수와 같은 그 특성의 측정 가능한 변화를 경험한다. 이러한 물리적 신호의 측정 가능한 변화를 검출하고 이를 전자적으로 처리 가능한 변수 또는 신호로 변환하는 변환기 및/또는 처리 회로의 대부분 또는 전체는 감지 장치에 포함될 수 있다. 감지 장치는 선택적으로 주변 매질을 능동적으로 샘플링하고 이를 센서 칩(들)에 공급할 수 있는 마이크로 팬 또는 환기 장치 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 감지 장치는 감지 장치에 포함될 수 있는 마이크로 팬에 의해 발생된 샘플링 유량을 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 또한 선택적으로, 블루투스 송신기 및/또는 수신기 또는 사용자 장치와 같은 외부 장치와의 다른 통신 수단. 또한, 감지 장치는, 센서 칩 상태를 모니터링하고/하거나 주변 매질의 오염에 대한 칩의 반응을 판독하기 위해, 센서 칩을 작동시키기 위한 재충전식 배터리 팩, 마이크로프로세서, 마이크로일렉트로닉스 및 마이크로-광학 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 감지 장치는 온도 센서, 가열 유닛 또는 요소, 데이터 저장소, 습도, 압력, VOC, 오존, 산화질소, 일산화탄소, 미립자 물질 등에 민감한 하나 이상의 센서, 및 선택적인 부속 구성요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 감지 장치는 GPS 추적기, 클럭, 및 주변 매질의 품질, 시간 및/또는 더 큰, 예를 들어 클라우드 기반 네트워크에서의 위치에 대한 수집된 정보를 공유하기 위한 수단 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 소프트웨어 또는 애플리케이션은 감지 시스템, 감지 장치 및/또는 센서 칩을 제어하고 센서 판독, 경고 및 환경의 현재 및 예측된 품질에 대한 정보를 얻기 위해 사용자 장치에 제공될 수 있다. 소프트웨어 또는 애플리케이션은, 예를 들어, 예를 들어, 경로 계획 또는 노출 회피 전략 개발의 목적으로 주어진 장소 및 시간에 주변 매질의 품질을 추정하거나 예측하기 위해 공유 데이터에 액세스하고 이를 사용하도록 구성될 수 있다. 소프트웨어 또는 애플리케이션은, 예를 들어 누적 개인 노출을 모니터링하여, 노출 회피 전략의 성공에 대한 보고서를 작성하거나, 예를 들어 임의의 호환 가능한 건강 모니터링 장치에 의해 모니터링되는, 건강 상태와 노출을 상관시키도록 구성될 수 있다.
다음에서, 본 개시에 의해 예상되는 기술적 개념은 예시적인 목적을 위해 요약되며, 이는 비제한적으로 해석되어야 한다. 감지 장치를 둘러싸는 매질에 존재하는 분자, 화합물 및/또는 제제는 센서 칩의 반응 셀 내로 확산될 수 있다. 이러한 분자가 반응 셀에 함유된 수용체 단백질 또는 수용체 단백질 복합체의 리간드인 경우, 이들은 수용체 단백질 복합체에 결합하여 측정될 수 있는 수용체 단백질 복합체의 상태에 대한 변화를 유도할 수 있다. 가능한 기술적 해결책은, 연료 전지 또는 미세 천공형 불소중합체에 사용되는 다공성 탄소 종이와 같은 센서 칩용 기체 투과성 멤브레인을 포함할 수 있으며, 이들 모두는 낮은 확산 저항성을 갖고 수용성 액체에 대부분 불투과성이다. 기체 투과성 멤브레인은 반응 셀로부터 주변 매질을 분리할 수 있으며, 이는 예를 들어 수용체 단백질 복합체를 함유하는 액체, 반고체 및/또는 젤라틴성 기재를 함유할 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체는 제노센서 단백질, 예를 들어 인간 AHR의 리간드 결합 도메인을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 아릴 탄화수소 수용체 또는 아릴 탄화수소 수용체 단백질의 적어도 하나의 결합 도메인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 적어도 PAS(Per-ARNT-Sim) 도메인 또는 전체 아릴 탄화수소 수용체 단백질을 포함할 수 있으며, 이는 재료, 화합물, 분자 및/또는 제제, 예를 들어 폴리염소화 디벤조디옥신, 디벤조푸란 및 바이페닐과 같은 할로겐화 방향족 탄화수소, 및/또는 3-에틸콜란트렌, 벤조[a]피렌, 벤잔트라센 및 벤조플라본과 같은 다환 방향족 탄화수소의 검출을 허용할 수 있다.
수용체 단백질 복합체의 저 친화도 리간드를 반응 셀의 기능성 표면, 예컨대 반응 셀의 내부 표면 또는 멤브레인에 공유 결합시킴으로써, 수용체 단백질은 센서 칩의 반응 셀 내의 특정 위치에서 추가로 고정될 수 있다. 수용체 단백질 복합체에 의한 리간드의 결합은 수용체 단백질 복합체를 고정시킬 수 있다. 또한, 매질 또는 고 친화성 리간드, 예컨대 생체활성제는 반응 셀 내로 확산될 수 있고, 수용체 단백질 복합체에 경쟁적으로 결합하여 고정 부위로부터 유리될 수 있다.
유리 이벤트는 다양한 수단에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 반응 셀의 기능성 표면 또는 다른 내부 표면에 결합된 질량은 압전 요소, 예컨대 석영 결정 마이크로밸런스에 의해 모니터링될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 반응 셀의 기능성 표면 또는 다른 내부 표면의 광학 특성은 도파관 또는 광학 가이드의 표면 근처에서 분자와 표면을 관통하는 소산광 필드(evanescent light field)의 상호 작용을 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유리 자체보다는 유리된 수용체 단백질 복합체의 존재가 검출될 수 있다. 예를 들어, 수용체 단백질 복합체는 수용체 단백질 복합체가 반응 셀에서 자유롭게 확산될 때 검출 가능한 표지와 연결될 수 있다. 라벨링은, 예를 들어 융합 단백질 및 녹색 형광 단백질(GFP)의 형태로 달성될 수 있으며, 이 경우 검출은 GFP의 형광 여기 및 감지 장치의 하나 이상의 광검출기에 의한 방출된 형광 광의 검출에 기초할 수 있다. 녹색 형광 단백질 GFP를 함유하는 융합 단백질을 포함하는 인간 제노센서 단백질뿐만 아니라 이의 다양한 재조합 버전도 복제되어 분자 결합 분석에 사용될 수 있다. AHR 리간드와 같은 다수의 잠재적으로 적합한 저 친화도 리간드가 사용될 수 있다. 감지 장치의 민감도는 압전 요소 또는 광검출기와 같은 오늘날 이용 가능한 검출기, 및 처리 회로의 민감도에 따라 달라질 수 있다. 이러한 요소는 수용체 단백질 복합체의 유리를 검출하기에 충분한 민감도를 갖는다. 압전 요소에 의한 검출을 위해, 예를 들어, 수용체 단백질 복합체는 나노입자 또는 금 나노입자와 같은 고 질량 모이어티에 연결될 수 있으며, 이는 50펨토몰(femtomolar) 농도 범위에서 검출 한계를 초래할 수 있다. 광학 검출을 위해, 수용체 단백질 복합체 당 신호는 형광 기구를 사용함으로써 수십 배만큼 증가될 수 있으며, 이는 광의 반복된 여기 및 방출을 허용한다. 분자 수준에서의 작동 원리의 몇몇 상세한 예가 상기 및 하기에서 설명된다. 수용체 단백질 복합체에 결합하고 센서 칩 또는 감지 장치를 촉발하여 검출 신호를 보고하는 생물활성 분자 또는 제제의 화학 구조는 알려지지 않을 수 있음을 유의한다. 따라서, 본 개시에 따른 센서 칩 및 감지 장치는 인간 건강에 악영향을 미치는 것으로 알려지거나 가정될 수 있는 화학 화합물을 선택적으로 검출하는 센서보다 우수하다. 한편, 생물활성 분자 또는 제제는 바람직하게는 단백질 복합체의 상태의 측정 가능한 변화를 유도하기에 충분한 친화도로 수용체 단백질 복합체에 결합해야 한다. 따라서, 살아있는 유기체에서도 그렇게 할 것으로 가정될 수 있으며, 이는 세포 방어 메커니즘을 유발하거나(제노센서 단백질에 결합하는 경우), 내인성 신호전달의 활성이 없는 상태에서(호르몬 수용체에 결합하는 경우) 세포 반응을 활성화시킬 것이다. 따라서, 센서 칩 및 감지 장치는 또한 화합물의 생물활성과 관련되지 않을 수 있는 특정 구조적 특성에 기초하여 광범위한 화학 화합물에 비선택적으로 반응하는 센서보다 우수하다.
종래의 센서에 대해, 측정 단위는 주변 매질에서 주어진 화합물의 농도 또는 특정 물리적 또는 화학적 특성의 성분의 질량 농도일 수 있지만, 부피 당 질량 또는 부피 당 부품의 개념은 본원에 설명된 센서 칩 및 감지 장치에 적절하게 적용되지 않을 수 있다는 점에 주목해야 한다. 감지 장치에 의해 생성된 판독 또는 검출 신호 강도는 주변 매질 내의 생체활성제의 농도 및 수용체 단백질 복합체에 대한 이들의 친화도의 결과일 수 있다. 따라서, 본원에 기술된 센서 칩 및 감지 장치의 측정 단위는 주변 매질의 수용체 단백질 활성화 전위로서, 따라서 예를 들어 선택된 유형의 수용체 단백질 복합체에 대한 주변 매질의 생체활성으로서 가장 잘 설명될 수 있다.
다음에서, 본 개시에 의해 예상되는 기술적 개념의 세부 사항은 예시적인 목적을 위해 요약되며, 이는 비제한적으로 해석되어야 한다. 센서 칩은 기본적으로 임의의 형상 및 크기를 가질 수 있다. 특히, 휴대용 감지 장치의 경우, 센서 칩의 풋프린트가 최소화될 수 있다. 예로서, 센서 칩은 잠재적으로 감지 장치의 설계에 따라, 길이가 약 1 내지 10cm, 폭이 1 내지 10cm, 및 두께가 0.5 내지 2cm일 수 있다. 센서 칩은 반응 셀, 수용성, 등장성, 완충된 액체, 반고체 및/또는 젤라틴성 매트릭스와 같은 기재를 함유하는 구획부를 포함하며, 수용체 단백질 복합체 및 잠재적 추가 단백질은 이들의 고유 상태를 유지할 수 있다. 기재는 기체에 투과성이지만 물에 투과성이 아닌 멤브레인에 의해 주변으로부터 분리된 반응 셀의 일 측면 또는 여러 측면에 있을 수 있다. 멤브레인 재료의 두께 및 구조는 확산에 대한 저항을 최소화하기 위해 선택될 수 있다. 구체적으로, 멤브레인은 바람직하게는 낮은 두께 및/또는 높은 다공성을 갖는다. 선택적으로, 멤브레인의 기공은 물을 배제할 수 있고, 즉 이는 기체로 충진될 수 있다. 기체 투과성 멤브레인은 예를 들어 강성 개방 그리드에 의해 외부로부터의 물리적 손상으로부터 보호될 수 있고, 이는 칩의 하우징의 일부일 수 있고 매질로부터의 주변 기체가 멤브레인에 자유롭게 접근하게 할 수 있다. 그리드는 센서 칩이 미사용 상태에 있을 때 접착 필름 또는 기밀 커버에 의해 덮일 수 있다. 이는, 작동 중이 아닐 때 분자 또는 제제가 주변으로부터 세포에 진입하는 것을 방지할 수 있다. 셀은 재밀봉 가능할 수 있으며, 이는 반응 셀의 수명주기 또는 수명기간을 연장시킬 수 있다.
또한, 기체 투과성 멤브레인을 통과함으로써 물이 반응 셀로부터 증발할 수 있기 때문에, 센서 칩은 탈이온수를 함유하는 작은 저장부를 제공할 수 있다. 저장부는 반응 셀에 연결될 수 있으며, 반응 셀로부터의 염의 확산은 연결 시 반투과성 멤브레인의 존재에 의해 방해받을 수 있다. 일례에서, 저장부는, 물이 반응 셀을 향해 떠나는 경우 수축에 대한 임의의 상당한 저항을 제기하지 않는 작고 가요성인 블리스터일 수 있다. 저장부는 강성 하우징에 의해 둘러싸일 수 있으며, 이는 물이 반응 셀 내의 더 높은 삼투압에 의해 가요성 블리스터로부터 반응 셀을 향해 당겨질 때 주변 공기 또는 매질이 하우징으로 진입할 수 있는 구멍을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 물 저장부의 부피의 유연성은 이동식 피스톤에 의해 달성될 수 있다.
일례에서, 특히 수용체 단백질 복합체 및 잠재적 추가 단백질이 동결건조되고 재구성될 때 그 기능을 유지하는 경우, 동일한 물 저장부 또는 다른 저장부가 센서 칩의 활성화를 위해 기능할 수 있다. 활성화는 저장부와 반응 셀 사이의 수-불투과성 장벽 또는 멤브레인을 파괴함으로써 달성될 수 있으며, 이때 물이 반응 셀로 진입하여 수용체 단백질 복합체를 재구성할 것이다. 이러한 공정은 반응 셀의 더 높은 삼투압에 의해 구동될 수 있고, 반응 셀 내의 삼투압이 그의 하우징 및 선택적으로 기체 투과성 멤브레인을 덮는 강성 그리드에 의해 균형 잡힐 때까지 계속될 것이다.
또한, 센서 칩은 장착될 때 감지 장치에 연결될 수 있는 전기 및/또는 광학 접촉부 또는 연결을 제공할 수 있다.
수용체 단백질 복합체는 표준 분자 생물학적 방법을 사용하여 복제, 발현 및 단리 및/또는 정제될 수 있다. 센서 칩의 분자 작용 원리에 따라, 살아있는 세포에서 i) 리간드 결합 시 수용체 단백질 복합체에 결합되고 그로부터 해리되거나, 또는 ii) 리간드 결합 시 수용체 단백질 복합체에 결합되거나, 또는 iii) 리간드 결합 시 수용체 단백질을 화학적으로 변형하거나, 또는 iv) 리간드 결합 시 수용체 단백질 복합체에 의해 화학적으로 변형되는, 보조 단백질은 복제되고 단리되어 센서 칩에 추가로 포함될 수 있다.
기능적 장치에서, 수용체 단백질 복합체는 센서 칩의 반응 셀에 존재할 수 있다. 센서 칩의 분자 작동 원리에 따라, 이들은 고정될 수 있고, 즉 반응 셀 내부의 영역 또는 표면에 한정되거나 그 안에 함유된 기재에 용해될 수 있다. 또한, 분자 수준에서 센서 칩의 작동 원리에 따라, 용해되거나 고정화된 수용체 단백질 복합체는 단량체 형태(다른 단백질과 복합체가 아님), 동종이량체(함께 결합된 2개의 수용체 단백질) 또는 다중단백질 복합체 형태일 수 있다.
수용체 단백질 복합체가 반응 셀의 영역 또는 표면에 고정되는 예에서, 수용체 단백질은 바람직하게는 주변 매질의 성분이 세포에 진입하는 곳에 가능한 가장 근접하게 고정될 수 있다. 예를 들어, 이는 기체 투과성 멤브레인 자체, 특히 반응 셀의 내부를 향하는 멤브레인의 측면일 수 있다. 이러한 구현예는 반응 셀에 진입하는 생체활성제와 같은 주변 매질의 성분과 수용체 단백질 복합체에 대한 이의 결합 사이의 지연을 최소화할 수 있고, 진입 지점이 수용체 단백질 복합체로 단단히 충진되기 때문에 동시에 결합 가능성을 최대화할 수 있다.
수용체 단백질 복합체의 고정화는 수용체 단백질 복합체 또는 동종이량체의 하나의 구성원 또는 다중단백질 복합체의 하나 또는 여러 구성원을 멤브레인에 공유 결합시킴으로써 달성될 수 있다. 이에 따라, 공유 결합은 리간드 결합 도메인 및/또는 단백질-단백질 상호작용 부위의 구조를 변경시키지 않을 수 있고, 단백질 또는 리간드 결합에 입체적으로 영향을 미치지 않을 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이는 사용된 수용체 단백질 복합체의 저 친화도 리간드(하나의 수용체 단백질 유형만이 존재하는 경우), 또는 저 친화도 리간드의 혼합물(여러 상이한 수용체 단백질 유형이 존재하는 경우)을 고정함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이는 수용체 단백질 복합체의 특이적 영역 또는 도메인에 결합하는 분자 또는 반응 셀에 존재하고 수용체 단백질 복합체에 결합하는 하나 또는 여러 개의 추가 단백질을 공유 결합시킴으로써 달성될 수 있다. 이에 따라, 결합 단백질의 표적화된 영역 또는 도메인은 리간드 결합 부위 또는 반응 셀에 존재하는 상이한 단백질 간의 상호작용 부위와 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 고정될 단백질 복합체가 니켈 이온을 킬레이트화할 수 있는 히스티딘-태그를 함유하는 경우, 고정될 단백질의 특정 에피토프에 특이적인 단클론 항체의 고정, 또는 니트릴로트리아세트산 결합 니켈2+ 이온의 고정을 포함한다.
단백질을 반응 셀과 고정하기 위한 여러 수단이 구현될 수 있다. 이들은 리간드 결합 전 단백질 복합체의 고정과 같은 동일한 목적, 또는 리간드 또는 생체활성제에 결합된 단백질 복합체의 결합과 같은 상이한 목적을 수행할 수 있다. 또한, 여러 유형의 수용체 단백질 복합체가 동일한 센서 칩에 존재할 수 있으며, 이는 센서의 화학적 특이성을 넓힐 수 있게 한다. 상이한 표지는 수용체 단백질 복합체 및/또는 수용체 단백질 복합체와 상호작용하는 추가 단백질에 연결될 수 있으며, 이는 여러 개의 사용된 수용체 단백질 복합체 중 어느 것이 주변에 존재하는 리간드 또는 상응하는 생체활성제에 결합했는지 결정할 수 있게 한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상이한 수용체 단백질 복합체를 함유하고, 이에 따라 상이한 특이성을 제공하는 다양한 칩이 이용 가능할 수 있고, 선택적으로 모두는 감지 장치 상에 존재하는 소켓과 일치한다.
일단 활성화되면, 센서 칩은 수용체 단백질 복합체 고갈로 인해 제한된 수명주기 또는 수명기간을 가질 수 있고, 이는 환경 모니터링에 이용 가능한 수용체 단백질의 양은 시간이 지남에 따라 감소할 수 있다. 이러한 감소는 두 가지 메커니즘에 기인할 수 있다: i) 어느 시점에서, 모든 이용 가능한 수용체 단백질은 주변으로부터 반응 셀에 진입한 분자에 결합했을 것이고, ii) 수용체 단백질은 심지어 결합 분자 또는 제제가 없을 때 및 센서 칩의 기재에서 최적화된 물리화학적 조건에서도 정의된 반감기를 가진다. 전자의 메커니즘에 의한 수용체 단백질 복합체 고갈은 누적 검출된 오염의 함수일 수 있고, 센서 칩에 초기에 존재하는 수용체 단백질 복합체의 공지된 양에 기초하여 계산될 수 있다. 후자의 메커니즘에 의한 수용체 단백질 복합체 고갈은 반응 셀 내의 물리화학적 조건 하에서 수용체 단백질 안정성의 함수일 수 있다. 이는 사용된 수용체 단백질 복합체 및 기재 조성과 같은 센서 칩에 특이적인 파라미터에 의해, 그리고 센서 칩이 그의 수명기간 동안 노출된 온도와 같은 감지 장치의 사용에 특이적인 파라미터에 의해 정의될 수 있다. 수용체 단백질 복합체 고갈은 감지 장치에 의해 연속적으로 또는 정의된 시간 간격으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 고정된 수용체 단백질 복합체를 사용하는 구현예에서, 이는 고정된 수용체 단백질 복합체의 층의 흡광도의 임피던스와 같은 특성을 측정함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 센서 칩에 특이적인 파라미터는 개발 또는 생산의 일부로서 결정될 수 있다. 또한, 감지 장치 또는 센서 칩의 사용에 관한 파라미터는 칩의 수명주기 전체에 걸쳐 측정될 수 있다.
센서 칩은, 예를 들어 사용자 장치 또는 감지 장치에 설치된, 예를 들어 감지 장치를 작동시키기 위해 사용되는 소프트웨어 애플리케이션이 칩의 사용 이력을 판독하게 할 수 있는 칩 식별자를 운반할 수 있다. 칩 식별자는 바람직하게는 칩 삽입 시 감지 장치에 의해 자동으로 감지될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 칩은 칩 ID 번호와 같은 물리적 식별자를 운반할 수 있으며, 이는 칩을 감지 장치에 삽입할 때 사용자에 의해 입력될 수 있다. 사용 이력, 센서 유형 및 누적 검출된 오염 또는 노출로부터, 소프트웨어는 센서 칩의 수용체 단백질 고갈을 추정하고 칩을 교환해야 할 때 사용자에게 통지할 수 있다.
센서 칩의 제한된 수명주기로 인해 그리고 지속 가능성 및 제품 비용의 이유로, 센서 칩은 바람직하게는 재활용 및 재활용 가능한 재료의 가능한 최소 양으로 바람직하게는 제조될 수 있다. 칩은 바람직하게는 전기 및/또는 광학 리드 또는 커넥터만을 함유하지만, 다이오드, 광검출기 또는 프로세서와 같은 신호 생성, 캡처 또는 처리에 관여하는 추가 전자 센서 구성요소는 함유하지 않는다. 그러나, 대안적으로, 이러한 구성요소 중 하나 이상은 센서 칩에 포함될 수 있다.
다음에서, 센서 응답 시간은 예시적인 추정이다. 기본 작동 원리는, 기체 투과성 멤브레인에서 주변 매질로부터 경계층으로의 생리활성제의 이송, 상기 경계층을 가로질러 상기 기체 투과성 멤브레인으로의 이송, 상기 기체 투과성 멤브레인을 통한 상기 생리활성제의 확산, 수용체 단백질 복합체로의 생체활성제의 확산, 수용체 단백질 복합체에 대한 생체활성제의 결합, 선택적으로 검출 부위로 수용체 단백질 복합체의 확산, 및 결합 시 유도된 상태 변화의 최종 검출을 포함할 수 있다.
기체 투과성 멤브레인에서 주변 매질로부터 경계층으로의 생체활성제의 이송은 대류에 의해 구동될 수 있고, 즉, 주변 매질은 기체 투과성 멤브레인에서 경계층에 능동적으로 또는 수동적으로 도입될 수 있다. 장치의 크기에 따라 달라질 수 있는, 약 0.5 내지 10mL/초의 특정 장치 치수 및 샘플링 속도로, 수동 및 능동 질량 이송 둘 모두는 센서 칩의 주변에서 생체활성제의 발생에 대해 대략 1 내지 5초의 지연을 야기할 것으로 예상될 수 있다.
경계층을 가로지르는 기체 투과성 멤브레인으로의 이송 및 이 층을 가로지르는 이송은, 식에 따라 고려되는 분자 또는 생체활성제의 브라우니안 모션(Brownian motion) 및 확산 계수 D에 의존할 수 있으며, 여기서 msd(x)는 (예를 들어, 기체 투과성 멤브레인을 향한) x 방향으로의 평균 제곱 변위이고 Δt는 시간이다. 관련 유기 분자 및 생체활성제에 대한 확산 계수는 0.05cm2/초(공기 중, 주변 조건에서)의 범위일 수 있다. 경계층을 구성하는 2mm의 개방 그리드의 두께를 가정하면, 그리드의 빗을 통해 기체 투과성 멤브레인으로의 이송은 대략 2초 동안 발생할 것으로 예상될 수 있다.
또한, 기체 투과성 멤브레인을 가로지르는 전달은 동일한 물리적 원리를 따를 수 있지만, 멤브레인의 기공 크기에 따라, 확산 계수 D는 크누센 확산도(Knudsen diffusivity)로 대체되어야 하고, 즉, 분자와 기공 벽면의 충돌이 유체 내의 분자 사이의 충돌보다 더 가능성이 높아짐에 따라 유효 확산도가 감소된다. 또한, 멤브레인 유형에 따라, 멤브레인의 기공은 액체 또는 기체로 충진될 수 있고, 이에 따른 확산 계수(물 중의 확산 계수는 수십 배만큼 더 낮음)가 취해질 수 있다. 25℃에서 공기 중 분자의 평균 자유 경로의 대략 절반의 범위에 있는, 약 0.2μm의 멤브레인 내의 기공 크기, 및 공기 충진 기공 및 크누센 확산 계수는 약 0.025cm2/초의 범위에 있다. 따라서, 200μm 두께의 멤브레인은 대략 0.2초의 추가 지연을 야기할 수 있다.
수용체 단백질 복합체에 대한 생체활성제의 확산의 동역학은 추가 지연을 야기할 수 있다. 수용체 단백질 복합체가 기체 투과성 멤브레인에서 고정되는 구현예에서는 무시할 수 있다. 수용체 단백질 복합체가 반응 챔버에 용해되는 구현예의 경우, 물에서의 확산 계수 및 기체 투과성 멤브레인과 용해된 수용체 단백질 복합체의 위치 사이의 평균 거리를 사용하여 전술한 바와 같이 추정될 수 있다. 물 중 관련 유기 분자의 확산 계수는 10-5cm2/초의 범위일 수 있고, 용해된 수용체 단백질 복합체와 기체 투과성 멤브레인 사이의 평균 거리는 반응 셀 직경의 절반으로 추정될 수 있다. 따라서, 반응 셀의 치수는 0.1mm 이하의 범위일 수 있다. 더 큰 치수(예를 들어, 1mm의 평균 거리가 수 천 초의 지연을 야기함)의 경우, 반응 셀 내에 존재하는 기재는, 예를 들어 반응 셀 내에 대류 흐름을 생성함으로써 또는 불균일한 열 공급에 의해 또는 미세유체 순환을 도입함으로써 능동적으로 혼합될 수 있다.
생체활성제와 수용체 단백질 복합체 사이의 실제 결합은 빠른 과정일 수 있고, 반응 시간의 추정을 위해 무시될 수 있다. 또한, 검출 부위로의 수용체 단백질 복합체의 확산의 경우, 수용체 단백질 복합체로의 생체활성제의 확산에 관해 전술한 것과 동일한 고려 사항이 적용되지만, 단백질 복합체의 확산 계수는 일반적으로 10-6cm2/초의 범위일 수 있고, 이는 유기 분자 또는 생체활성제의 확산 계수보다 약 10배 더 작다. 또한, 검출은 일반적으로 즉시 일어나며 생체활성제의 발생과 센서 신호의 생성 사이의 지연에 기여하지 않는다.
아래에 비제한적인 실시예의 비포괄적인 목록이 제공되어 있다. 이들 실시예의 임의의 하나 이상의 특징은 본원에 기재된 다른 실시예, 구현예, 또는 측면의 임의의 하나 이상의 특징과 조합될 수 있다.
실시예 1: 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위해 감지 장치에 작동 가능하게 결합 가능한 센서 칩으로서, 상기 센서 칩은:
복수의 수용체 단백질 복합체를 함유하는 반응 셀; 및
상기 반응 셀을 상기 주변 매질로부터 분리시키고 상기 하나 이상의 생체활성제에 대해 투과성인 멤브레인을 포함하고;
상기 수용체 단백질 복합체는 상기 반응 셀 내의 하나 이상의 생체활성제에 결합하도록 구성되어, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 검출 가능한 상태 변화가 유도되는, 센서 칩.
실시예 2: 실시예 1에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 검출 가능한 상태 변화는 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는, 센서 칩.
실시예 3: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화는, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 형태 상태의 변화, 상기 반응 셀 내에서 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 국소화 변화, 상기 반응 셀 내에서 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 위치 변화, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 조성의 변화, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 질량 변화, 상기 반응 셀의 적어도 일부의 질량 변화, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 물리적 특성의 변화, 상기 반응 셀의 적어도 일부의 물리적 특성의 변화, 상기 반응 셀의 적어도 일부의 광학 특성의 변화, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 화학적 특성의 변화, 상기 반응 셀에 함유된 기재의 화학적 특성의 변화, 상기 반응 셀에 함유된 기재의 전도도의 변화, 및 상기 반응 셀의 적어도 일부 내에서 프리 형광 또는 광 흡수 분자의 농도의 변화 중 하나 이상과 연관되어 있는, 센서 칩.
실시예 4: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 상기 반응 셀 내의 위치를 변경하도록 구성되어 있는, 센서 칩.
실시예 5: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 하나 이상의 성분으로 해리되도록 구성되어 있는, 센서 칩.
실시예 6: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정되고; 그리고
상기 수용체 단백질 복합체는 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 상기 적어도 하나의 기능성 표면으로부터 해리되도록 구성되어 있는, 센서 칩.
실시예 7: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 공유 결합되어 있는, 센서 칩.
실시예 8: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 공유 결합된 저 친화성 리간드에 의해 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정되는, 센서 칩.
실시예 9: 실시예 6 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 정전기적으로 한정되는, 센서 칩.
실시예 10: 실시예 6 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면은 상기 반응 셀과 대면하는 멤브레인의 내부 표면에 의해 정의되는, 센서 칩.
실시예 11: 실시예 6 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 기능성 표면은 상기 멤브레인을 향해 배치된 상기 반응 셀의 내부 표면을 포함하는, 센서 칩.
실시예 12: 실시예 6 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 기능성 표면은 상기 멤브레인에 대향하여 배열된 상기 반응 셀의 내부 표면을 포함하는, 센서 칩.
실시예 13: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 주변 매질은 환경 공기를 포함하는, 센서 칩.
실시예 14: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 주변 매질은 물을 포함하는, 센서 칩.
실시예 15: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 멤브레인은 상기 주변 매질과 접촉하도록 구성된 외부 표면을 포함하고; 그리고
상기 멤브레인은 상기 반응 셀과 대면하는 내부 표면을 포함하는, 센서 칩.
실시예 16: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 생체활성제는 외인성 제제(exogeneous agent)를 포함하는, 센서 칩.
실시예 17: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 셀은 액체, 젤라틴 및 반고체 기재 중 하나 이상을 함유하는, 센서 칩.
실시예 18: 실시예 17에 있어서, 상기 기재는 상기 수용체 단백질 복합체가 고유 상태를 유지하도록 구성되어 있는, 센서 칩.
실시예 19: 실시예 17 및 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 기재는 수용액, 등장액, 및 완충액 중 적어도 하나를 포함하는, 센서 칩.
실시예 20: 실시예 17 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 기재는 상기 수용체 단백질 복합체를 안정화시키기 위한 안정화 단백질을 포함하는, 센서 칩.
실시예 21: 실시예 17 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 상기 기재는 표면 활성 분자 또는 분자 복합체를 포함하는, 센서 칩.
실시예 21: 실시예 17 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 기재는 tween 또는 triton X-100 중 적어도 하나를 포함하는, 센서 칩.
실시예 23: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 멤브레인은 기체에 대해 투과성이고; 및/또는
상기 멤브레인은 물 또는 수용성 액체에 대해 불투과성인, 센서 칩.
실시예 24: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 멤브레인은 바람직하게는 물을 배제하기 위해 기체로 충진된 복수의 기공을 포함하는, 센서 칩.
실시예 25: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 멤브레인은 다공성 탄소 종이 재료 및 천공된 불소중합체 중 적어도 하나를 포함하는, 센서 칩.
실시예 26: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 멤브레인의 외부 표면의 적어도 일부를 덮는 그리드를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 27: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 멤브레인의 외부 표면의 적어도 일부를 덮고 상기 멤브레인의 상기 주변 매질과의 접촉을 방지하도록 구성된 밀봉 커버를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 28: 실시예 26에 있어서, 상기 밀봉 커버는 접착 필름을 포함하는, 센서 칩.
실시예 29: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 셀은 상기 멤브레인의 외부 표면의 적어도 일부를 밀봉 커버로 덮음으로써 밀봉성 및/또는 재밀봉성인, 센서 칩.
실시예 30: 실시예 27 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 상기 밀봉 커버는 기밀한, 센서 칩.
실시예 31: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩은 상기 감지 장치 내에 적어도 부분적으로 삽입되도록 형상 및 크기로 구성되어 있는, 센서 칩.
실시예 32: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩은 상기 감지 장치의 소켓 내에 적어도 부분적으로 삽입되도록 형상 및 크기로 구성되어 있는, 센서 칩.
실시예 33: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩은 상기 센서 칩의 하우징의 외부 표면에 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하고, 상기 센서 칩의 적어도 하나의 표면 특징부는 상기 소켓 내에 상기 센서 칩의 정확한 위치 설정을 보장하기 위해 상기 소켓의 적어도 하나의 표면 특징부에 상보적으로 형성되는, 센서 칩.
실시예 34: 실시예 33에 있어서, 상기 센서 칩의 적어도 하나의 표면 특징부는 상기 소켓의 적어도 하나의 표면 특징부와 맞물려 상기 소켓 내에 상기 센서 칩을 고정하도록 구성되어 있는, 센서 칩.
실시예 35: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩은 상기 센서 칩을 상기 감지 장치에 자기적으로 결합하기 위한 하나 이상의 자석을 포함하는, 센서 칩.
실시예 36: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화는 광학 측정에 기초하여, 형광을 검출하는 것에 기초하여, 상기 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분의 형광 여기에 기초하여, 광 산란에 기초하여, 상기 반응 셀에 함유된 기재의 전도도를 결정하는 것에 기초하여, 상기 반응 셀에서 발생하는 전기화학 공정에 기초하여, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면의 하나 이상의 광학 특성을 결정하는 것에 기초하여, 전자기 방사선의 흡수에 기초하여, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면의 질량을 결정하는 것에 기초하여, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정된 수용체 단백질 복합체의 질량을 결정하는 것에 기초하여, 및 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서의 표면 플라스몬 공명에 기초하여, 검출 가능한, 센서 칩.
실시예 37: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 센서 칩을 상기 감지 장치에 작동 가능하게 결합하기 위한 하나 이상의 커넥터를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 38: 실시예 36에 있어서, 상기 센서 칩은 상기 하나 이상의 커넥터를 통해 상기 감지 장치에 연결 가능하여, 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합 시 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화가 상기 감지 장치에 의해 검출 가능한, 센서 칩.
실시예 39: 실시예 37 내지 38 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 커넥터는 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 광학적으로 검출하기 위해 상기 감지 장치로부터 상기 반응 셀 내로 전자기 방사선을 결합하도록 구성된 적어도 하나의 광학 커넥터를 포함하는, 센서 칩.
실시예 40: 실시예 38에 있어서, 상기 하나 이상의 커넥터는 상기 반응 셀 밖으로 전자기 방사선을 결합하기 위한 적어도 하나의 추가 광 커넥터를 포함하는, 센서 칩.
실시예 41: 실시예 38 내지 40 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 광학 커넥터는 상기 센서 칩의 하우징에 배열된 적어도 하나의 애퍼처를 포함하는, 센서 칩.
실시예 42: 실시예 41에 있어서, 상기 적어도 하나의 애퍼처는 미리 정의된 파장의 전자기 방사선에 반투명한 재료 층으로 밀봉되어 있는, 센서 칩.
실시예 43: 실시예 41 내지 42 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 애퍼처는 상기 반응 셀의 길이방향 축에 평행하게 배향되어 있는, 센서 칩.
실시예 44: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 광학적으로 검출하기 위해 상기 반응 셀을 통해 전자기 방사선을 안내하기 위한 적어도 하나의 광학 가이드를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 45: 실시예 44에 있어서, 상기 적어도 하나의 광학 가이드는 상기 센서 칩의 적어도 하나의 광학 커넥터와 정렬되어 있고 이에 광학적으로 결합되어 있는, 센서 칩.
실시예 46: 실시예 44 내지 45 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 광학 가이드는 상기 반응 셀을 통해 상기 반응 셀의 길이방향 축에 평행하게 연장되어 있는, 센서 칩.
실시예 47: 실시예 44 내지 46 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩은 적어도 2개의 광학 가이드 및 상기 적어도 2개의 광학 가이드의 말단에 배열된 적어도 하나의 반사 요소를 포함하되, 상기 적어도 하나의 반사 요소는 상기 적어도 2개의 광학 가이드를 광학적으로 결합시키는, 센서 칩.
실시예 48: 실시예 47에 있어서, 상기 적어도 2개의 광학 가이드 각각은 상기 적어도 하나의 반사 요소에 대향하는 상기 각각의 광학 가이드의 말단에 배열된 상기 센서 장치의 적어도 하나의 광학 커넥터와 광학적으로 결합되어 있는, 센서 칩.
실시예 49: 실시예 37 내지 48 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 커넥터는 상기 센서 칩을 상기 감지 장치에 전기적으로 결합하기 위한 적어도 하나의 전기 커넥터를 포함하는, 센서 칩.
실시예 50: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응 셀 내에 적어도 부분적으로 배열되고 상기 반응 셀 내의 기재 또는 조성물의 전도도를 결정하도록 구성된 하나 이상의 전극을 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 51: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 하나 이상의 성분에 의해 방출되고/되거나 산란된 전자기 방사선에 대해 반투명한 적어도 하나의 검출 윈도우를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 52: 실시예 51에 있어서, 상기 적어도 하나의 검출 윈도우는 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 하나 이상의 성분에 의해 방출된 형광 광에 대해 반투명하고; 및/또는
상기 적어도 하나의 검출 윈도우는 형광 여기 광에 대해 불투명한, 센서 칩.
실시예 53: 실시예 51 내지 52 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 검출 윈도우는 상기 멤브레인에 대향하여 배열되어 있고/있거나 상기 멤브레인을 향해 배치되어 있는, 센서 칩.
실시예 54: 실시예 51 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 셀과 대면하는 상기 적어도 하나의 검출 윈도우의 내부 표면은 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 성분에 결합하도록 구성된 분자 포획 복합체로 적어도 부분적으로 코팅되어, 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합된 수용체 단백질 복합체가 상기 내부 표면에 포획되어 있는, 센서 칩.
실시예 55: 실시예 54에 있어서, 상기 분자 포획 복합체는 스트렙타비딘을 포함하는, 센서 칩.
실시예 56: 실시예 51 내지 55 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 셀과 대면하는 상기 적어도 하나의 검출 윈도우의 내부 표면은 킬레이트화 니켈 이온으로 적어도 부분적으로 코팅되어 있는, 센서 칩.
실시예 57: 실시예 51 내지 56 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 셀과 대면하는 상기 적어도 하나의 검출 윈도우의 내부 표면은 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 하나의 성분에 의해 방출된 형광 광을 퀀칭시키기 위한 퀀칭 분자로 적어도 부분적으로 코팅되어 있는, 센서 칩.
실시예 58: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 셀과 대면하는 상기 멤브레인의 내부 표면은 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 성분에 의해 방출된 형광 광을 퀀칭시키기 위한 퀀칭 분자로 적어도 부분적으로 코팅되어 있는, 센서 칩.
실시예 59: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩 및/또는 상기 반응 셀은 세장형 형상을 갖는, 센서 칩.
실시예 60: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩 및/또는 상기 반응 셀은 세장형 형상을 갖고; 및
상기 멤브레인은 상기 센서 칩의 길이방향 측에 배열되어 있는, 센서 칩.
실시예 61: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 셀은 직사각형 단면을 갖고; 및/또는
상기 반응 셀은 평행육면체로서 형성되어 있는, 센서 칩.
실시예 62: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 셀은 원형, 타원형 또는 난형 단면을 갖고; 및/또는
상기 반응 셀은 관형 형상인, 센서 칩.
실시예 63: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 멤브레인은 상기 반응 셀의 주변부를 따라 상기 반응 셀을 적어도 부분적으로 둘러싸고 있는, 센서 칩.
실시예 64: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응 셀과 유체 결합 가능한 적어도 하나의 저장부를 더 포함하되, 상기 적어도 하나의 저장부는 탈이온수를 상기 반응 셀에 공급하도록 구성되어 있는, 장치.
실시예 65: 실시예 64에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장부는 탈이온수로 적어도 부분적으로 충진되는, 센서 칩.
실시예 66: 실시예 64 내지 65 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장부의 벽면의 적어도 일부는 상기 저장부의 부피가 조정 가능하도록 변위성, 가요성, 이동식인, 센서 칩.
실시예 67: 실시예 64 내지 66 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장부의 적어도 일부는 가요성 백 또는 가요성 블리스터로서 형성되는, 센서 칩.
실시예 68: 실시예 64 내지 67 중 어느 하나에 있어서,
상기 적어도 하나의 저장부의 부피를 조정하도록 구성된 적어도 하나의 이동식 피스톤을 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 69: 실시예 64 내지 68 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장부는 상기 센서 칩의 하우징의 일부분에 의해 둘러싸이고; 그리고
상기 하우징의 일부분은 압력 등화를 위한 적어도 하나의 개구부를 포함하는, 센서 칩.
실시예 70: 실시예 64 내지 69 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 저장부는, 상기 반응 셀로부터 상기 저장부 내로 확산되도록, 반투과성 멤브레인 차단 염에 의해 상기 반응 셀에 유체 결합되어 있는, 센서 칩.
실시예 71: 실시예 64 내지 70 중 어느 하나에 있어서,
상기 반응 셀과 상기 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통을 차단하도록 구성된 적어도 하나의 차단 요소를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 72: 실시예 71에 있어서, 상기 센서 칩은 상기 적어도 하나의 차단 요소를 사용하여 상기 반응 셀과 상기 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통을 차단 해제하는 것에 기초하여 활성화 가능한, 센서 칩.
실시예 73: 실시예 71 내지 72 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 차단 요소는 상기 적어도 하나의 저장부와 상기 반응 셀 사이에 배열된 수-불투과성 멤브레인을 포함하는, 센서 칩.
실시예 74: 실시예 73에 있어서, 상기 센서 칩은 상기 수-불투과성 멤브레인의 적어도 일부를 파괴하는 것에 기초하여 활성화 가능한, 센서 칩.
실시예 75: 실시예 71 내지 74 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 차단 요소는 상기 반응 셀과 상기 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통을 차단하거나 차단 해제하도록 작동 가능한 이동식 핀을 포함하는, 센서 칩.
실시예 76: 실시예 75에 있어서, 상기 센서 칩은, 상기 반응 셀과 상기 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통이 차단 해제되도록, 상기 이동식 핀을 변위시키는 것에 기초하여 활성화 가능한, 센서 칩.
실시예 77: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체 각각은 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합하도록 구성되고 상기 생체활성제 중 하나에 결합할 때 상태 및/또는 형태를 변경하도록 구성된 수용체 단백질의 적어도 하나의 리간드 결합 도메인을 포함하는, 센서 칩.
실시예 78: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 하나 이상의 수용체 단백질의 복수의 리간드 결합 도메인을 포함하는, 센서 칩.
실시예 79: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 상이한 유형의 생체활성제에 결합하도록 구성된 상이한 유형의 복수의 리간드 결합 도메인을 포함하는, 센서 칩.
실시예 80: 실시예 76 내지 78 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질은 제노센서 단백질 또는 호르몬 수용체 단백질인, 센서 칩.
실시예 81: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체 각각은 아릴 탄화수소 수용체, 구성적 안드로스탄 수용체, 프레그난 X 수용체, 에스트로겐 수용체, 및 아릴 탄화수소 수용체로 이루어진 군으로부터 선택된 수용체 단백질의 적어도 하나의 리간드 결합 도메인을 포함하는, 센서 칩.
실시예 82: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부는 재조합 단백질 또는 비재조합 단백질을 포함하는, 센서 칩.
실시예 83: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체 각각은 단량체 수용체 단백질, 동종이량체 수용체 단백질 복합체 또는 이종이량체 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부를 포함하는, 센서 칩.
실시예 84: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 상이한 유형의 생체활성제에 결합하도록 구성된 상이한 유형의 수용체 단백질의 적어도 일부를 포함하는, 센서 칩.
실시예 85: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 상기 각각의 수용체 단백질 복합체의 나머지 부분으로부터 해리되는 유기 또는 무기 모이어티를 포함하는, 센서 칩.
실시예 86: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 상기 각각의 수용체 단백질 복합체의 나머지 부분으로부터 해리되는 적어도 하나의 형광 표지를 포함하는, 센서 칩.
실시예 87: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체 중 적어도 일부는 동일하거나 상이한 유형의 복수의 형광 표지를 포함하는, 센서 칩.
실시예 88: 실시예 85 내지 86 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 형광 표지는 형광 염료 또는 녹색 형광 단백질인, 센서 칩.
실시예 89: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 상기 각각의 수용체 단백질 복합체의 나머지 부분으로부터 해리되는 나노입자를 포함하는, 센서 칩.
실시예 90: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 상기 반응 셀 내에 배열된 분자 포획 복합체에 결합하도록 구성된 친화도 태그를 포함하는, 센서 칩.
실시예 91: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 센서 칩의 유형 및/또는 상기 센서 칩에 함유된 수용체 단백질 복합체의 유형을 식별하기 위한 칩 식별자를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 92: 실시예 91에 있어서, 상기 칩 식별자는 사용자 장치에 의해 판독 가능하고/하거나 상기 감지 장치에 의해 판독 가능한, 센서 칩.
실시예 93: 실시예 91 내지 92 중 어느 하나에 있어서, 상기 칩 식별자는 상기 센서 칩의 유형 및/또는 상기 센서 칩에 함유된 수용체 단백질 복합체의 유형을 나타내는 정보 또는 데이터를 함유하는, 센서 칩.
실시예 94: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 칩 식별자는 바코드, QR 코드, RFID 태그, 라벨, 및 데이터 저장소 중 하나 이상을 포함하는, 센서 칩.
실시예 95: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 센서 칩의 사용 또는 잔여 수명을 나타내는 이력 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 저장소를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 96: 실시예 95에 있어서, 상기 데이터 저장소는 상기 센서 칩의 사용 또는 잔여 수명을 나타내는 하나 이상의 작동 파라미터를 저장하도록 구성되어 있는, 센서 칩.
실시예 97: 실시예 95 내지 96 중 어느 하나에 있어서, 상기 데이터 저장소는 상기 센서 칩을 상기 감지 장치에 작동 가능하게 결합할 때 상기 감지 장치에 의해 접근 가능한, 센서 칩.
실시예 98: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩은 복수의 반응 셀을 포함하는, 센서 칩.
실시예 99: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 복수의 반응 셀은 상이한 유형의 생체활성제에 결합하도록 구성된 상이한 유형의 수용체 단백질 복합체를 포함하는, 센서 칩.
실시예 100: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하도록 구성된 하나 이상의 센서를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 101: 전술한 실시예 중 어느 하나에 있어서,
상기 하나 이상의 센서와 결합되고 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 결정된 상태 변화를 나타내는 검출 신호를 제공하도록 구성된 처리 회로를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 102: 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 전술한 실시예 중 어느 하나에 따른 센서 칩의 사용.
실시예 103: 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위해 실시예 1 내지 101 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 센서 칩에 작동 가능하게 결합 가능한 감지 장치로서, 상기 감지 장치는:
상기 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀에서 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 센서로서, 상기 상태 변화는 상기 주변 매질로부터 상기 센서 칩의 멤브레인을 통해 상기 센서 칩의 반응 셀 내로 진입하는 하나 이상의 생체활성제와 하나 이상의 수용체 단백질 복합체의 결합에 의해 유도되는, 상기 적어도 하나의 센서; 및
상기 적어도 하나의 센서와 결합된 처리 회로를 포함하되, 상기 처리 회로는 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하는 것에 기초하여 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는 검출 신호를 제공하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 104: 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 장치로서, 상기 감지 장치는:
실시예 1 내지 101 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하여 상기 감지 장치를 상기 적어도 하나의 센서 칩에 작동 가능하게 결합하도록 구성된 하우징; 및
상기 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀에서 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하는 것에 기초하여 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는 검출 신호를 제공하도록 구성된 처리 회로를 포함하고, 상기 상태 변화는 상기 하나 이상의 수용체 단백질 복합체를 상기 주변 매질로부터 상기 센서 칩의 멤브레인을 통해 상기 센서 칩의 반응 셀 내로 진입하는 하나 이상의 생체활성제와 결합시킴으로써 유도되는, 감지 장치.
실시예 105: 실시예 103 및 104 중 어느 하나에 있어서, 상기 주변 매질은 환경 공기를 포함하고; 및/또는
상기 감지 장치는 환경 공기의 품질을 모니터링하기 위한 환경 모니터링 장치인, 감지 장치.
실시예 106: 실시예 103 내지 105 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 고정식 장치 및/또는 데스크톱 장치인, 감지 장치.
실시예 107: 실시예 103 내지 105 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 휴대용 장치, 모바일 장치 및/또는 핸드헬드 장치인, 감지 장치.
실시예 108: 실시예 103 내지 107 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출 신호는 전자적으로 처리 가능한 신호인, 감지 장치.
실시예 109: 실시예 103 내지 108 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출 신호는 주변 매질의 부피 당 하나 이상의 생체활성제의 양, 주변 매질의 부피 당 생체활성제의 질량, 상기 주변 매질 내 생체활성제의 농도, 상기 주변 매질의 수용체 단백질 활성화 전위, 및 상기 주변 매질의 생물활성을 나타내는, 감지 장치.
실시예 110: 실시예 103 내지 109 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 111: 실시예 103 내지 110 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 센서 칩에 기계적으로 결합 가능한, 감지 장치.
실시예 112: 실시예 103 내지 111 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 센서 칩에 자기적으로 결합 가능한, 감지 장치.
실시예 113: 실시예 103 내지 112 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된 적어도 하나의 소켓을 포함하는, 감지 장치.
실시예 114: 실시예 113에 있어서, 상기 적어도 하나의 소켓은 상기 감지 장치의 하우징이 상기 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 상기 적어도 하나의 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 115: 실시예 113 내지 114 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 소켓은 상기 센서 칩의 적어도 하나의 표면 특징부에 상보적으로 형성된 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하여 상기 적어도 하나의 소켓 내에 상기 센서 칩의 정확한 위치 설정을 보장하는, 감지 장치.
실시예 116: 실시예 115에 있어서, 상기 적어도 하나의 소켓의 적어도 하나의 표면 특징부는 상기 소켓 내에 상기 센서 칩을 위치 설정시키기 위한 하나 이상의 가이드를 포함하는, 감지 장치.
실시예 117: 실시예 115 내지 116 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 소켓의 적어도 하나의 표면 특징부는 상기 센서 칩의 적어도 하나의 표면 특징부와 적어도 부분적으로 맞물리도록 구성되어, 상기 센서 칩이 상기 소켓 내에 제거 가능하게 고정 가능한, 감지 장치.
실시예 118: 실시예 103 내지 117 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 동일하거나 상이한 유형의 복수의 센서 칩을 수용하도록 구성된 복수의 소켓을 포함하는, 감지 장치.
실시예 119: 실시예 103 내지 118 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 센서 칩을 상기 감지 장치에 자기적으로 결합하기 위한 하나 이상의 자석을 포함하는, 감지 장치.
실시예 120: 실시예 103 내지 119 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 광학 측정에 기초하여, 형광 광을 검출하는 것에 기초하여, 상기 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분의 형광 여기에 기초하여, 광 산란에 기초하여, 상기 센서 칩의 반응 셀에 함유된 기재의 전도도를 결정하는 것에 기초하여, 상기 반응 셀에서 발생하는 전기화학 공정에 기초하여, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면의 하나 이상의 광학 특성을 결정하는 것에 기초하여, 전자기 방사선의 흡수를 결정하는 것에 기초하여, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면의 질량을 결정하는 것에 기초하여, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 한정되거나 고정된 수용체 단백질 복합체의 질량을 결정하는 것에 기초하여, 및 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서의 표면 플라스몬 공명에 기초하여, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 121: 실시예 103 내지 120 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는, 상기 센서 칩 또는 상기 감지 장치 중 적어도 하나의 센서로, 상기 생체활성제 중 하나 이상에 결합할 때 상기 반응 셀 내의 하나 이상의 수용체 단백질의 위치 변화를 검출하는 것에 기초하여 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제의 존재를 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 122: 실시예 103 내지 121 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀의 기재에 용해된 수용체 단백질 복합체의 존재, 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하도록 구성되어 있고; 및/또는
상기 감지 장치는 상기 센서 칩에 송신된 광학 및 전기 신호 중 적어도 하나의 변화를 결정하는 것에 기초하여 상기 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀의 기재에 용해된 수용체 단백질 복합체의 존재, 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 123: 실시예 103 내지 122 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 상기 생체활성제 중 하나에 결합할 때 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면으로부터 해리되도록 구성되어 있고; 그리고
상기 감지 장치는 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 124: 실시예 103 내지 123 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 질량을 결정하여 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제를 검출하도록 구성된 하나 이상의 압전 요소를 포함하는, 감지 장치.
실시예 125: 실시예 124에 있어서, 상기 하나 이상의 압전 요소는 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면을 향해 배치된 상기 반응 셀의 내부 표면에 결합된 상기 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분의 질량을 결정하는 것에 기초하여 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에서 고정되거나 이로부터 유리된 상기 수용체 단백질 복합체의 질량을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 126: 실시예 124 내지 125 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 압전 요소는 상기 센서 칩의 반응 셀의 하나 이상의 기능성 표면에 기계적으로 결합 가능하고; 및/또는
상기 하나 이상의 압전 요소는 상기 반응 셀의 하나 이상의 기능성 표면을 향해 배치된 상기 센서 칩의 반응 셀의 하나 이상의 내부 표면에 기계적으로 결합 가능한, 감지 장치.
실시예 127: 실시예 103 내지 124 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 적어도 하나의 형광 표지를 포함하고; 그리고
상기 감지 장치는 상기 하나 이상의 형광 표지를 여기시키는 것에 기초하여 그리고 상기 하나 이상의 형광 표지에 의해 방출된 형광 광을 검출하는 것에 기초하여 상기 하나 이상의 생체활성제를 검출하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 128: 실시예 103 내지 127 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 상기 생체활성제 중 하나 이상에 결합할 때 상기 각각의 수용체 단백질 복합체의 나머지 부분으로부터 해리되는 적어도 하나의 형광 표지를 포함하고; 그리고
상기 감지 장치는 하나 이상의 수용체 단백질 복합체로부터 해리된 하나 이상의 형광 표지를 여기시키는 것에 기초하여 그리고 상기 하나 이상의 해리된 형광 표지에 의해 방출된 형광 광을 검출하는 것에 기초하여 상기 하나 이상의 생체활성제를 검출하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 129: 실시예 127 내지 128 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 하나 이상의 형광 표지를 여기시키도록 구성된 하나 이상의 광원을 포함하고; 그리고
상기 감지 장치는 상기 하나 이상의 형광 표지에 의해 방출된 형광 광을 검출하도록 구성된 하나 이상의 광검출기를 포함하는, 장치.
실시예 130: 실시예 103 내지 129 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 반응 셀의 적어도 일부를 비추도록 구성된 하나 이상의 광원을 포함하고; 그리고
상기 감지 장치는 상기 반응 셀 내에서 상기 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분에 의해 산란된 광을 검출하도록 구성된 하나 이상의 광검출기를 포함하는, 감지 장치.
실시예 131: 제129항 내지 제130항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 광검출기는 상기 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하기 위해 상기 감지 장치의 소켓에 인접하게 배열되어 상기 반응 셀 밖으로 침투하는 전자기 방사선을 검출하는, 감지 장치.
실시예 132: 실시예 129 내지 131 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 광검출기는 상기 센서 칩의 검출 윈도우에 대향하도록 배열되어 있는, 감지 장치.
실시예 133: 실시예 129 내지 132 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 광원은 상기 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하기 위해 상기 감지 장치의 소켓에 인접하게 배열되어, 상기 하나 이상의 광원에 의해 방출된 전자기 방사선이 상기 반응 셀 내로 결합 가능한, 감지 장치.
실시예 134: 실시예 129 내지 133 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 광원은 상기 센서 칩의 하나 이상의 광학 커넥터를 통해 상기 반응 셀 내로 전자기 방사선을 결합하도록 배열되어 있는, 감지 장치.
실시예 135: 실시예 103 내지 134 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 상기 센서 칩의 반응 셀의 적어도 일부를 가로지르는 하나 이상의 광학 가이드 내에 전자기 방사선을 결합하도록 배열된 하나 이상의 광원을 포함하고; 그리고
상기 감지 장치는 상기 하나 이상의 광학 가이드를 가로지르는 전자기 방사선을 검출하도록 구성된 하나 이상의 광검출기를 포함하는, 감지 장치.
실시예 136: 실시예 135에 있어서, 상기 하나 이상의 광원은 상기 하나 이상의 광학 가이드의 말단과 정렬되도록 배열되어 있고; 및/또는
상기 하나 이상의 광검출기는 상기 하나 이상의 광학 가이드의 말단과 정렬되도록 배열되어 있는, 광검출기.
실시예 137: 실시예 103 내지 136 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 하나 이상의 광학 가이드에 인접하게 배열된 상기 반응 셀의 기능성 표면 및 내부 표면 중 적어도 하나의 하나 이상의 광학 특성을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 138: 실시예 135 내지 137 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 하나 이상의 광학 가이드를 통해 상기 반응 셀 내로 침투하는 소산광의 흡수를 결정하는 것에 기초하여 상기 하나 이상의 광학 특성을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 137: 실시예 103 및 105 내지 136 중 어느 하나에 있어서,
상기 센서 칩을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 하우징을 더 포함하고;
상기 하우징은 상기 센서 칩의 적어도 일부가 상기 주변 매질과 접촉 가능하도록, 주변 매질을 통과시키기 위한 하나 이상의 구멍을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
실시예 140: 실시예 139에 있어서, 상기 감지 장치의 하우징 내의 하나 이상의 구멍을 통해 상기 센서 칩의 적어도 일부에 주변 매질을 통과시키기 위한 하나 이상의 채널을 더 포함하는, 감지 장치.
실시예 141: 실시예 140에 있어서, 상기 하나 이상의 채널에 배열되고 상기 감지 장치의 하우징 내의 하나 이상의 구멍을 통해 상기 센서 칩의 적어도 일부에 상기 주변 매질을 운반하도록 구성된 하나 이상의 환기 장치를 더 포함하는, 감지 장치.
실시예 142: 실시예 103 내지 141 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩의 적어도 일부를 가열하도록 구성된 하나 이상의 가열 요소를 더 포함하는, 감지 장치.
실시예 143: 실시예 142에 있어서, 상기 하나 이상의 가열 요소는 상기 센서 칩을 적어도 부분적으로 수용하기 위해 상기 감지 장치의 소켓에 인접하게 배열되어 있는, 감지 장치.
실시예 144: 실시예 103 내지 143 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩의 적어도 일부의 온도를 결정하도록 구성된 하나 이상의 온도 센서를 더 포함하는, 감지 장치.
실시예 145: 실시예 144에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 하나 이상의 온도 센서를 사용하여 상기 센서 칩의 적어도 일부의 온도를 결정하는 것에 기초하여 상기 센서 칩의 적어도 일부의 온도를 제어하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 146: 실시예 103 내지 145 중 어느 하나에 있어서,
상기 센서 칩을 상기 감지 장치 내로 삽입할 때 상기 센서 칩의 하나 이상의 전기 커넥터에 연결하기 위한 하나 이상의 전기 커넥터를 더 포함하는, 센서 칩.
실시예 147: 실시예 103 내지 146 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 센서 칩의 하나 이상의 전극에 결합 가능하고; 그리고
상기 처리 회로는 상기 반응 셀 내의 기재 또는 조성물의 전도도를 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 148: 실시예 103 내지 147 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 센서 칩의 사용 또는 잔여 수명을 나타내는 하나 이상의 작동 파라미터를 결정하도록 구성되어 있고; 및/또는
상기 처리 회로는 상기 센서 칩의 하나 이상의 작동 파라미터를 결정하는 것에 기초하여 상기 적어도 센서 칩의 사용 또는 잔여 수명을 결정하도록 구성되는, 감지 장치.
실시예 149: 실시예 148에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 센서 칩의 데이터 저장소로부터 상기 센서 칩의 사용 또는 잔여 수명을 나타내는 이력 데이터를 검색하는 것에 기초하여 상기 적어도 하나의 센서 칩의 사용 또는 잔여 수명을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 150: 실시예 148 내지 149 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 센서 칩의 결정된 하나 이상의 작동 파라미터를 하나 이상의 임계 값과 비교하는 것에 기초하여 상기 적어도 하나의 센서 칩의 사용 또는 잔여 수명을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 151: 실시예 144 내지 150 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 센서 칩의 유형 및/또는 상기 센서 칩에 사용되는 수용체 단백질 복합체의 유형을 결정하는 것에 기초하여 상기 적어도 하나의 센서 칩의 사용 또는 잔여 수명을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 152: 실시예 148 내지 151 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 하나 이상의 작동 파라미터를 상기 감지 장치의 데이터 저장소 및/또는 상기 센서 칩의 데이터 저장소에 저장하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 153: 실시예 148 내지 152 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 센서 칩의 적어도 일부의 온도를 모니터링하는 것에 기초하여 상기 하나 이상의 작동 파라미터를 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 154: 실시예 103 내지 153 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 시간 경과에 따라 상기 센서 칩 내의 수용체 단백질 복합체의 고갈을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 155: 실시예 103 내지 154 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 회로는 시간 경과에 따라 상기 센서 칩 내의 수용체 단백질 복합체의 고갈을 결정하는 것에 기초하여 상기 센서 칩의 잔여 수명을 결정하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 156: 실시예 103 내지 155 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 사용자 인터페이스를 포함하고; 그리고
상기 처리 회로는 상기 센서 칩의 수명이 만료될 때 상기 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 통지를 제공하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 157: 실시예 103 내지 156 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 사용자 인터페이스를 포함하고; 그리고
상기 처리 회로는 상기 결정된 하나 이상의 생체활성제에 관한 정보를 상기 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 제공하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 158: 실시예 103 내지 157 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 사용자 인터페이스를 포함하고; 그리고
상기 처리 회로는 미리 정의된 임계값에 도달하거나 이를 초과하는 상기 주변 매질 내의 생체활성제의 농도를 결정할 때 상기 사용자 인터페이스를 통해 상기 사용자에게 통지하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 159: 실시예 156 내지 158 중 어느 하나에 있어서, 상기 사용자 인터페이스는 진동 요소, 디스플레이, 하나 이상의 LED, 및 스피커 중 하나 이상을 포함하는, 감지 장치.
실시예 160: 실시예 103 내지 159 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩은 상기 센서 칩의 유형 및/또는 상기 센서 칩에 함유된 수용체 단백질 복합체의 유형을 식별하기 위한 칩 식별자를 포함하고; 그리고
상기 처리 회로는 상기 칩 식별자로부터 상기 센서 칩의 유형 및/또는 상기 센서 칩에 함유된 수용체 단백질 복합체의 유형을 나타내는 정보 또는 데이터를 검색하도록 구성되어 있는, 감지 장치.
실시예 161: 실시예 103 내지 160 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치는 바코드 판독기, QR 코드 판독기, 및 RFID 스캐너 중 하나 이상을 포함하는, 감지 장치.
실시예 162: 실시예 103 내지 161 중 어느 하나에 있어서, 전기 에너지를 공급하기 위한 하나 이상의 에너지 저장소를 더 포함하는, 감지 장치.
실시예 163: 실시예 103 내지 162 중 어느 하나에 있어서, 상기 감지 장치를 사용자 장치와 통신 가능하게 결합하기 위한 통신 회로를 더 포함하는, 감지 장치.
실시예 164: 실시예 163에 있어서, 상기 통신 회로는 무선 통신 회로, 바람직하게는 블루투스 송신기를 포함하는, 감지 장치.
실시예 165: 실시예 103 내지 164 중 어느 하나에 있어서, 이온화 방사선에 대한 상기 감지 장치의 노출을 측정하기 위한 하나 이상의 방사선 센서를 더 포함하는, 감지 장치.
실시예 166: 실시예 165에 있어서, 상기 하나 이상의 방사선 센서는 UV 방사선에 민감한 가역적인 광색성 층 및 이온화 방사선에 민감한 라디오크로믹 염료 필름 중 적어도 하나를 포함하는, 감지 장치.
실시예 167: 실시예 103 내지 166 중 어느 하나에 있어서, 습도 센서, 휘발성 유기 탄소 센서, 오존 센서, 미립자 물질 센서, 질산용 센서, 및 일산화탄소 센서 중 하나 이상을 더 포함하는, 감지 장치.
실시예 168: 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 실시예 103 내지 167 중 어느 하나에 대한 감지 장치의 사용.
실시예 169: 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 시스템으로서, 상기 시스템은:
실시예 1 내지 101 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 센서 칩; 및
실시예 103 내지 167 중 어느 하나에 따른 감지 장치를 포함하는, 감지 시스템.
실시예 170: 실시예 169에 따른 감지 시스템으로 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하는 방법으로서, 상기 방법은:
하나 이상의 생체활성제를 상기 센서 칩의 멤브레인을 통해 상기 센서 칩의 반응 셀 내로 통과시키는 단계;
하나 이상의 생체활성제를 하나 이상의 수용체 단백질 복합체에 결합시킴으로써, 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 유도하는 단계;
상기 감지 장치로, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 유도된 상태 변화를 검출하는 단계; 및
상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 결정된 상태 변화에 기초하여 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는 검출 신호를 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 172: 실시예 170에 있어서, 상기 센서 칩의 멤브레인을 통해 하나 이상의 생체활성제를 통과시키는 단계는 상기 센서 칩의 멤브레인을 상기 주변 매질과 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 172: 실시예 170 내지 171 중 어느 하나에 있어서,
상기 센서 칩의 저장부로부터 상기 센서 칩의 반응 셀로 탈이온수를 공급하는 것에 기초하여 상기 센서 칩을 활성화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
실시예 173: 실시예 172에 있어서, 상기 센서 칩을 활성화시키는 단계는, 상기 센서 칩의 저장부와 상기 반응 셀 사이의 적어도 하나의 차단 요소를 사용하여 상기 반응 셀과 상기 적어도 하나의 저장부 사이의 유체 연통을 차단 해제하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 174: 실시예 173에 있어서, 상기 적어도 하나의 차단 요소는 상기 저장부와 상기 반응 셀 사이에 배열된 수-불투과성 멤브레인을 포함하고; 그리고
상기 센서 칩을 활성화시키는 단계는 상기 수-불투과성 멤브레인의 적어도 일부를 파괴하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 175: 실시예 173 내지 174 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 차단 요소는 상기 저장부와 상기 반응 셀 사이에 배열된 이동식 핀을 포함하고; 그리고
상기 센서 칩을 활성화시키는 단계는 상기 이동식 핀을 변위시키는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 176: 실시예 173 내지 175 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 칩을 활성화시키는 단계는 상기 멤브레인의 외부 표면으로부터 밀봉 커버를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 177: 실시예 170 내지 176 중 어느 하나에 있어서, 상기 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 상기 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀의 기재에 용해된 수용체 단백질 복합체의 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 178: 실시예 170 내지 177 중 어느 하나에 있어서, 상기 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면에 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 179: 실시예 170 내지 178 중 어느 하나에 있어서, 상기 유도된 상태를 검출하는 단계는, 상기 반응 셀의 적어도 하나의 기능성 표면을 향해 배치된 상기 반응 셀의 적어도 하나의 내부 표면에서 고정되거나 이로부터 유리된 수용체 단백질 복합체의 수, 질량, 밀도, 및 질량 밀도 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 180: 실시예 170 내지 179 중 어느 하나에 있어서, 상기 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 상기 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 형광 표지를 여기시키는 단계 및 상기 하나 이상의 형광 표지에 의해 방출된 형광 광을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 181: 실시예 170 내지 180 중 어느 하나에 있어서, 상기 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 상기 반응 셀 내에서 상기 수용체 단백질 복합체의 하나 이상의 성분에 의해 산란된 광을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 182: 실시예 170 내지 181 중 어느 하나에 있어서, 상기 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는 상기 반응 셀의 기능성 표면 및 내부 표면 중 적어도 하나의 하나 이상의 광학 특성을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 183: 실시예 170 내지 182 중 어느 하나에 있어서, 상기 유도된 상태 변화를 검출하는 단계는, 상기 센서 칩의 하나 이상의 광학 가이드를 통해 상기 반응 셀 내로 침투하는 소산광의 흡수를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
이제, 실시예가 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다:
도 1a는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 센서 칩의 사시도를 보여주고 있고;
도 1b, 도 1c 및 도 1d 각각은 도 1a의 센서 칩의 단면도를 보여주고 있고;
도 2a는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 시스템의 사시도를 보여주고 있고;
도 2b는 도 2a의 감지 시스템의 단면도를 보여주고 있고;
도 2c는 도 2a의 감지 시스템의 다른 단면도를 보여주고 있고;
도 3a 내지 도 3c는 각각 센서 칩의 반응 셀의 단면도를 보여주고 있고;
도 4a는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 센서 칩의 사시도를 보여주고 있고;
도 4b 및 도 4c는 각각 도 4a의 센서 칩의 단면도를 보여주고 있고;
도 5는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 시스템의 단면도를 보여주고 있고;
도 6은 센서 칩의 반응 셀의 단면도를 보여주고 있고;
도 7은 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하는 방법을 도시하는 흐름도를 보여주고 있다.
도면은 단지 개략적이고 실제 축척에 맞지 않는다. 원칙적으로, 동등하거나 유사한 부분, 요소 및/또는 단계가 도면에서 동등하거나 유사한 참조 번호로 제공되어 있다.
도 1a는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 센서 칩의 사시도를 보여주고 있고;
도 1b, 도 1c 및 도 1d 각각은 도 1a의 센서 칩의 단면도를 보여주고 있고;
도 2a는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 시스템의 사시도를 보여주고 있고;
도 2b는 도 2a의 감지 시스템의 단면도를 보여주고 있고;
도 2c는 도 2a의 감지 시스템의 다른 단면도를 보여주고 있고;
도 3a 내지 도 3c는 각각 센서 칩의 반응 셀의 단면도를 보여주고 있고;
도 4a는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 센서 칩의 사시도를 보여주고 있고;
도 4b 및 도 4c는 각각 도 4a의 센서 칩의 단면도를 보여주고 있고;
도 5는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 시스템의 단면도를 보여주고 있고;
도 6은 센서 칩의 반응 셀의 단면도를 보여주고 있고;
도 7은 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하는 방법을 도시하는 흐름도를 보여주고 있다.
도면은 단지 개략적이고 실제 축척에 맞지 않는다. 원칙적으로, 동등하거나 유사한 부분, 요소 및/또는 단계가 도면에서 동등하거나 유사한 참조 번호로 제공되어 있다.
도 1a는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 센서 칩(100)의 사시도를 보여주고 있다. 도 1b, 도 1c 및 도 1d는 도 1a의 센서 칩(100)의 단면도를 보여주고 있다.
도 1a 내지 도 1d에 도시된 센서 칩(100)은, 예를 들어 센서 칩(100)의 길이방향 축(180)에 평행한 돌출부에서 직사각형 단면을 갖는 세장형 구조로서 예시적으로 도시되거나 설계된다.
센서 칩(100)은 하우징(181) 또는 반응 셀(101)을 둘러싸는 외부 하우징(181)을 포함한다. 센서 칩(100)은, 아래에 공기 또는 물과 같은 주변 매질로부터 반응 셀(101)을 분리하는 멤브레인(114)이 위치되어 있는 개방 그리드(113)를 추가로 포함한다. 반응 셀(101)은, 전술한 바와 같이 그리고 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 수용체 단백질 복합체(115)의 적어도 일부의 검출 가능한 상태 변화가 유도되도록, 반응 셀(101) 내의 하나 이상의 생체활성제에 결합하도록 구성된 수용체 단백질 복합체(115)를 포함한다.
선택적으로, 센서 칩(100)은 하우징(181)과 일체로 형성될 수 있는 저장부(102) 또는 물 저장부(102)를 포함한다. 따라서, 물 저장부(102)를 형성하는 하우징(181)의 부분은 단지 하나의 단일 재료로 제조될 수 있는 반면, 반응 셀(101)이 위치되어 있는 하우징(181)의 부분은 여러 부분 또는 부분들로 분할될 수 있다. 특히, 센서 칩(100) 또는 그 하우징(181)은 광 투과성 하부 부분(103) 또는 검출 윈도우(103), 광 투과성 부분(103)의 측면에 있는 2개의 부분(104), 저장부(102)와 대면하는 직사각형 부분(105), 반대측에 위치된 다른 직사각형 벽면(106) 및 상부 측 상에 평평한 직사각형 부분(107)을 포함한다. 상부 측 상의 직사각형 부분(107)은 개방 그리드(113)를 포함한다.
센서 칩(100)의 광 투과성 부분(103) 또는 검출 윈도우(103)는 특정 파장 λem의 광에 투과성인 재료, 예를 들어 형광 방출의 방출 파장이지만, 선택적으로 다른 특정 파장 λex의 광에 투과성이 아닌 재료, 예를 들어 형광 여기용 여기 파장으로 제조될 수 있다.
하우징의 부분(104, 105 및 106)은 광 투과성이 아니며, 낮은 단백질 흡착성 재료, 예를 들어 불소중합체로 반응 셀(101)의 내부 부피와 대면하는 측면 상에 선택적으로 코팅될 수 있다.
하우징(181)의 부분(105)은 채널(109), 예를 들어 가요성 마이크로-채널(109)을 유지할 수 있는 애퍼처(108)를 제공한다.
하우징(181)의 부분(106)은 형광 여기용 여기 파장과 같은, 특정 파장 λex의 광에 투과성인 재료에 의해 밀봉될 수 있는 광학 커넥터 또는 애퍼처(110)를 포함한다.
애퍼처(110) 또는 광학 커넥터(110)는 바람직하게는 이를 통과하는 광이 반응 셀(101)의 폭에 걸쳐 있는 광의 외피(111)를 생성하도록 하는 형상을 갖는다. 광학 커넥터(110) 또는 애퍼처(110)는 광의 외피(111)가 바람직하게는 0.1mm 이하의 거리 내에서 기체 투과성 멤브레인(114)에 바로 근접하여 위치되어 있는 위치에 바람직하게는 위치되어 있다.
하우징(181)의 측면 부분(104)은 센서 칩(100)을 감지 장치에 장착할 수 있게 하고 적절한 배향 및 위치 설정을 보장하는 가이드(112)와 같은 하나 이상의 표면 특징부(112)를 제공한다.
하우징(181)의 평평한 직사각형 부분(107)은, 예를 들어 약 0.2-2mm 범위의 메쉬 크기를 갖는 개방 그리드(113)를 포함한다. 그리드(113) 바로 아래에 있고 바람직하게는 그리드(113)와 융합된 기체 투과성 멤브레인(114)은 멤브레인(114)이 보호되도록 배열되어 있다.
멤브레인(114)은 두께가 얇고, 확산 저항이 낮으며, 단백질 흡착성이 낮다. 투과성 멤브레인(114)의 내부 측면은 반응 셀(101)의 내부 부피와 직접 대면한다.
센서 칩(100)이 감지 장치에 장착되지 않을 때, 개방 그리드(113)는 호일과 같은 탈착식 밀봉 커버(미도시)에 의해 덮이고 기밀 밀봉될 수 있다. 예를 들어 센서 칩(100)이 일시적으로 사용되지 않기 때문에, 또는 예를 들어 환경 품질의 다른 측면에 초점을 맞추기 위해 사용자가 센서 칩(100)의 유형을 변경하고자 하기 때문에, 센서 칩(100)을 감지 장치로부터 다시 제거할 때, 이러한 밀봉 커버는 그리드(113) 상에 다시 놓일 수 있고, 물이 반응 셀(101)로부터 증발하는 것을 방지할 것이고 수용체 단백질 복합체(115)는 소모되는 것을 방지할 것이다.
반응 셀(101) 내에서, 수용체 단백질 복합체(115)는 기체 투과성 멤브레인(114)에서 고정된다. 수용체 단백질 복합체(115)는 특히 반응 셀(101)의 기능성 표면(182)에서 고정될 수 있으며, 이는 도 1a 내지 도 1d의 예에서 반응 셀(101)의 내부와 대면하는 멤브레인(114)의 내부 표면에 의해 정의된다.
멤브레인(114)의 기능적 표면(182) 또는 내부 표면에서의 수용체 단백질 복합체의 고정은 수용체 단백질 복합체(115)의 알려진 저 친화성 리간드인 공유 결합된 분자에 의해 달성될 수 있다.
반응 셀(101)는 바람직하게는 동결건조된 기재(116), 예를 들어 염, 완충제, 및 선택적으로 수용체 단백질 복합체(115) 및/또는 저량의 표면 활성 분자, 예컨대 tween 또는 triton X-100을 안정화시키는 단백질의 혼합물(116)을 함유할 수 있다.
광 투과성 벽면(103) 또는 검출 윈도우(103)는 수용체 단백질 복합체(115)의 고친화도 리간드이거나 수용체 단백질 복합체(115)의 일부에 고친화도로 결합하는 것으로 알려진 공유 결합된 분자 또는 분자 포획 복합체(117)로 선택적으로 코팅될 수 있다. 이들 분자 포획 복합체(117)는 유리된 수용체 단백질 복합체(115) 또는 이의 부분에 대한 싱크로서 작용할 수 있고, 동일한 유리된 수용체 단백질 복합체(115)에 의해 발생된 다수의 신호의 발생을 감소시킬 수 있다. 분자 포획 복합체(117)는 반응 셀(101)의 내부 표면(183)에 공유 결합될 수 있으며, 내부 표면(183)은 기능성 표면(182) 또는 멤브레인(114)을 향해 배치되어 있다. 도 1a 내지 도 1d의 예에서, 반응 셀(101)의 내부 표면(183)은 기능성 표면(182) 및/또는 멤브레인(114)과 대향하여 배열되어 있다.
분자 포획 복합체(117)를 검출 윈도우(103)의 내부 표면에 결합하는 분자 또는 가교제는 특정 또는 미리 정의된 파장 λem, 예를 들어 형광 방출의 방출 파장의 광을 흡수하지 않을 수 있다. 또한, 미리 정의된 파장 λem의 형광을 퀀칭시키는 것으로 알려진 분자는 검출 윈도우(103)(미도시)의 내부 표면에 공유 결합될 수 있다.
물 저장부(102)는 조정 가능한 부피를 가질 수 있다. 예를 들어, 저장부(102)는 탈이온수를 함유하는 가요성 블리스터(118)를 포함하거나 이에 의해 정의될 수 있다. 가요성 블리스터(118)는, 예를 들어 0.1-0.5mm 직경의 가요성 마이크로채널(109)과 같은 채널(109)을 통해 반응 셀(101)에 연결되어 있다. 채널(109)은 본질적으로 블리스터(118)의 연장부이며, 애퍼처(108)를 통해 도달한다. 가요성 블리스터(118)가 함유되는 하우징(181)의 부분은 공기 또는 주변 매질이 챔버 또는 저장부(102)로 진입하여 챔버 또는 저장부(102)에서 부압을 발생시키지 않고 블리스터(118)로부터 물이 유출되게 할 수 있는, 하나 또는 여러 개의 작은 구멍(119) 또는 개구부(119)를 포함한다.
채널(109)은 차단 요소(120), 예를 들어 이동식 또는 탈착식 핀(120)에 의해 차단될 수 있다. 또한, 반응 셀(101) 및 탈이온수는 예를 들어 반응 셀(101)과 직접 대면하는, 채널(109)의 말단에 존재하는 반투과성 멤브레인(121)에 의해 분리되어 있으며, 이는 탈착식 핀(120)이 없는 경우, 블리스터(118) 내의 물이 반응 셀(101) 내의 완충된 등장액과 혼합되는 것을 방지한다.
미사용 센서 칩(100)에서, 가요성 블리스터(118)에 함유된 탈이온수는 바람직하게는 주변에 대해 과압으로 저장된다. 구체적으로, 칩(100)의 미사용 상태에서, 가요성 블리스터(118)는 약간 신축될 수 있고, 채널(109)을 반응 셀(101)에 개방할 때, 탈이온수의 초기 양을 반응 셀(101) 내로 능동적으로 밀어낸다.
반응 셀(101)과 대면하는 측면에서, 센서 칩(100)의 하우징(180)의 부분(105)은 반응 셀(101) 내부의 기재(116) 또는 매트릭스(116)가 용해되는 탈이온수의 전도도를 측정할 수 있게 하는 전극(122)을 포함한다. 전도도 측정은 반응 셀(101)에 존재하는 용액의 삼투압을 모니터링하기 위한 효과적인 수단을 제공할 수 있으며, 이는 단백질 복합체(115)가 그들의 고유하고 기능적인 상태에 있는지 여부를 나타낼 수 있다.
도 2a는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 시스템(500)의 사시도를 보여주고 있다. 도 2b 및 도 2c는 각각 도 2a의 감지 시스템(500)의 단면도를 보여주고 있다. 특히, 도 2a 내지 도 2c는 감지 장치(200) 및 감지 장치(200) 내에 삽입된 센서 칩(100)을 갖는 감지 시스템(500)을 보여주고 있다. 달리 언급되지 않는 한, 도 2a 내지 도 2c의 센서 칩(100)은 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 설명된 센서 칩(100)과 동일한 특징부를 포함한다.
특히, 도 2a 내지 도 2c는 센서 칩(100)이 설치, 결합 또는 장착된 감지 장치(200)를 보여주고 있다. 장치(200)는 센서 칩(100)이 축 방향으로 삽입될 수 있는, 소켓(202)을 포함한다. 소켓(202)은 센서 칩(100)의 적절한 배향과 위치 설정을 보장하는 가이드(203)와 같은 표면 특징부(203), 및 선택적으로 센서 칩(100)이 삽입되었는지 여부 및 센서 칩이 적절히 배향되었는지 여부를 검출하는 센서(미도시)를 포함한다. 이 센서는 칩이 삽입되지 않거나 부적절하게 삽입되는 경우 감지 장치(200)을 비활성화할 수 있다.
일단 삽입되면, 센서 칩(100)은 클릭 기구(204), 예를 들어 스프링에 의해 센서 칩(100)을 향해 밀리는 후크에 의해 제 위치에 유지된다. 자기 연결부와 같은 기구가 대신 또는 추가적으로 사용될 수 있다.
더욱이 감지 장치(200)는 광원(205), 예를 들어 레이저 다이오드를 제공하며, 이는 장치(200)가 활성화될 때, 특정 파장 λex의 광, 또는 λex를 커버하는 파장의 더 넓은 범위, 예컨대 형광 여기 파장의 범위를 방출한다. 광원(205)은 감지 장치(200)의 하우징(206)에 장착되어 있고, 센서 칩(100)의 광학 커넥터(110) 또는 애퍼처(110)를 통해 센서 칩(100)의 반응 셀(101) 내로 광을 방출하도록 위치되어 있다.
또한, 감지 장치(200)는 반응 셀(101) 내의 하나 이상의 생체활성제와 수용체 단백질 복합체(115)의 결합에 의해 유도된 상태 변화를 검출하기 위한 하나 이상의 센서(207)를 제공한다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 예에서, 감지 장치(200)는 하나 이상의 광센서(207), 예를 들어 광센서(207)의 어레이를 포함한다. 이들은 센서 칩(100)의 광 투과성 부분(103) 또는 검출 윈도우(103) 아래에 위치되어 있고, 특정 파장 λem의 광 또는 파장 범위, 예컨대 형광 방출 파장의 범위에 대해 투과성인 재료의 층(208)에 의해 선택적으로 보호된다.
감지 장치(200)는 적어도 하나의 센서(207)와 결합된 처리 회로(209)를 더 포함하고, 여기서 처리 회로(209)는 반응 셀(101) 내에서 수용체 단백질 복합체(115)의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하는 것에 기초하여 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는 검출 신호를 제공하도록 구성되어 있다.
처리 회로(209) 및/또는 감지 장치(200)는 프로세서, 메모리, 데이터 저장소, 통신 회로, 블루투스 수신기 및/또는 송신기 또는 다른 전자 구성요소를 포함할 수 있다.
감지 장치(200)는 센서 칩(100)의 적어도 일부를 가열하기 위한 가열 요소(210)를 더 포함한다. 가열 요소(210)는 센서 칩(100) 아래, 예를 들어 하나 이상의 센서(207) 아래, 또는 반응 셀의 온도가 제어될 수 있는 일부 다른 위치에 위치될 수 있다. 감지 장치(200)는 또한 온도 제어를 위한 하나 이상의 온도 센서를 포함할 수 있다.
채널(211)은 감지 장치(200)의 하우징에 형성되고 개방 그리드(113)가 위치되어 있는 센서 칩(100)의 표면을 따라 통과한다. 이 채널(211)은 환기 구멍(212) 또는 개구부(212)에 의해 주변에 연결되어 있다. 이러한 채널(211)을 통한 기류는 선택적으로 마이크로-환기기(213)와 같은 환기 장치(213)에 의해 구동될 수 있다.
또한, 감지 장치(200)는 온/오프 버튼(214), 스피커(215), 배터리 충전용 연결부(216), 하나 이상의 배터리, 예를 들어, 백팩-스트랩(217)에 장치를 고정하기 위한 수단, 장치(200) 및/또는 센서 칩(100)의 상태를 나타내는 다이오드(218)의 어레이 중 하나 이상을 제공한다. 장치(200) 및/또는 센서 칩(100) 상태에 대한 통지는, 장치(200)의 배터리 상태, 센서 칩(100)의 반응 챔버에 존재하는 수용액 또는 기재(116)의 전도도, 장치(200) 또는 센서 칩(100)의 사용, 센서 칩(100)의 잔여 수명, 수용체 단백질 복합체(115)의 예측된 고갈, 또는 기타를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
또한, 감지 장치(200)는 사용자 인터페이스(219), 예를 들어 즉각적인 그리고 현재의 공기 품질에 대한 정보를 제공하는 작은 스크린(219)을 포함한다. 다른 정보가 추가로 표시될 수 있다.
도 1a 내지 도 2c의 감지 시스템(500), 감지 장치(200) 및/또는 센서 칩(100)의 작동 원리 및 작동은 다음에 요약되어 있다.
센서 칩(100)은 패키징(미도시)으로부터 제거될 수 있고, 차단 요소(120) 또는 핀(120) 및 밀봉 커버(미도시)는 센서 칩(100)을 활성화하도록 제거될 수 있다. 일단 핀(120)이 제거되면, 애퍼처(108)을 통해 도달하는 채널(109)이 개방되고 저장부(102)로부터의 물이 반투과성 멤브레인(121), 및 궁극적으로는 염, 완충제 및 선택적으로 수용체 단백질 복합체(115) 및 선택적으로, 저량의 표면 활성 분자를 안정화시키는 단백질을 포함하는 바람직하게는 동결건조된 기재(116)를 함유하는 반응 셀(101)에 도달할 것이다. 형성된 용액의 삼투압은 반응 셀(101)이 완전히 충진되고 삼투압이 반응 셀(101) 또는 센서 칩(100)의 강성 하우징에 의해 균형 잡힐 때까지 저장부(102) 또는 블리스터(118)로부터 반응 셀로 물을 흡인할 것이다.
그런 다음, 센서 칩(100)이 장치(200)에 존재하는 클릭 기구(204)로 고정된, 감지 장치(200) 내에 삽입될 수 있고, 장치(200)가 활성화될 수 있다. 감지 장치(200) 내에 고정될 때, 칩(100) 내에 존재하는 전극(122)과 감지 장치(200) 내에 위치된 해당 연결부 사이의 접촉이 확립되고, 칩(100)의 벽면에 존재하는 광학 커넥터(110) 또는 애퍼처(110)가 감지 장치(200)의 광원(205) 앞에 위치 설정되어 있다. 선택적으로, 가열 요소(210)가 활성화될 수 있다. 센서 칩(100)이 작동 상태, 예를 들어 반응 셀(101) 내의 목표 삼투압 및 목표 최소 온도에 도달하면, 환기 장치(213) 및 광원(205)은 자동적으로 또는 사용자에 의해, 예를 들어 감지 장치(200)에 무선으로 결합될 수 있는 사용자 장치에 설치된 애플리케이션을 통해 활성화될 수 있다.
환기 장치(213)는 주변 공기를 수집하고, 센서 칩(100)의 개방 그리드(113) 및 기체 투과성 멤브레인(114)이 위치되어 있는 채널(211)을 통해 이를 밀어낸다. 주변 공기에 존재하는 분자 및 생체활성제는 멤브레인(114)을 가로질러 확산될 것이고, 상기에서 기술된 바와 같이 그리고 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 센서 반응을 촉발할 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 센서 칩(100)의 가능한 작동 원리를 도시하기 위한 센서 칩(100)의 반응 셀(101)의 단면도를 각각 보여주고 있다.
수용체 단백질 복합체(115)는 기체 투과성 멤브레인(114)에 공유 결합된 저친화도 리간드(301)에 의해 기체 투과성 멤브레인(114)의 내부 표면과 같은 반응 셀의 기능적 표면(182) 상에 고정되어 있다. 수용체 단백질 복합체(115)는 반응 셀(101)로 진입하는 하나 이상의 생체활성제에 결합하도록 구성된 수용체 단백질의 적어도 하나의 리간드 결합 도메인(302)을 포함한다. 수용체 단백질 복합체(115)는 다음에서 형광단으로도 지칭되는 적어도 하나의 형광 표지(303), 및 친화도 태그(304)를 추가로 포함한다.
수용체 단백질의 수용체 단백질 복합체(115) 또는 리간드 결합 도메인(302)는 전장 수용체 단백질이거나 수용체 단백질의 단지 하나 또는 여러 도메인, 예를 들어 리간드 결합 도메인(302) 단독일 수 있다. 수용체 단백질 복합체(115) 또는 리간드 결합 도메인(302)은, 예를 들어 인간 제노센서(human xenosensor), 호르몬 수용체 단백질, 또는 아릴 탄화수소 수용체를 포함할 수 있다.
형광단(303)은, 예를 들어 녹색 형광 단백질일 수 있으며, 이 경우 수용체 단백질 복합체(115)는 융합 단백질, 또는 예를 들어 DAPI(4',6-디아미디노-2-페닐인돌)와 같은 공유 결합된 형광 염료이다.
친화도 태그(304)는 광 투과성 벽면(103) 또는 검출 윈도우(103) 상에 존재하는 코팅의 성분(305)에 대해 높은 친화도를 갖는다. 성분(305)은 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 기술된 분자 포획 복합체(117)를 지칭하거나 나타낸다. 친화도 태그(304)는, 예를 들어 비오틴일 수 있으며, 이 경우, 반응 셀(101)의 광 투과성 벽면(103) 또는 검출 윈도우(103) 상의 코팅은 스트렙타비딘을 포함할 것이다. 대안적으로, 친화도 태그(304)는 히스티딘 태그일 수 있으며, 이 경우 반응 셀(101)의 광 투과성 벽면(103) 상의 코팅은 킬레이트화 니켈 이온을 포함할 것이다.
수용체 단백질 복합체(115)의 조성은 검출된 생물활성 환경 제제의 정의된 스펙트럼 및 목표 민감도에 맞춰 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 하나 초과의 형광단(303)이 단일 수용체 단백질 복합체(115)에 존재할 수 있는데, 즉, 상이한 형광단 및/또는 동일한 형광단의 여러 유닛들이 동일한 수용체 단백질 복합체(115)에 연결될 수 있다. 또한, 하나 초과의 유형의 수용체 단백질 복합체(115)가 주어진 센서 칩(100) 내에 존재할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어 상이한 형광단을 운반하는 상이한 수용체 단백질 및/또는 동일한 수용체 단백질의 상이한 도메인 및/또는 상이한 재조합 성질의 수용체 단백질 및/또는 상이한 조성의 수용체 단백질 복합체가 사용될 수 있다.
수용체 단백질 복합체(115)의 리간드인 생체활성제(307) 또는 분자(307)는 기체 투과성 멤브레인(114)을 통해 확산될 것이고, 일단 반응 셀(101) 내의 용액에 있으면 기체 투과성 멤브레인(114)에 공유 결합된 저친화도 리간드(301)와 경쟁할 것이다. 저 친화성 리간드(301) 및 생체활성제(307)의 상대 친화도에 따라, 이러한 경쟁 결합은 특정 확률로 멤브레인(114)으로부터 수용체 단백질 복합체(115)를 유리시킬 것이다. 도 3b의 유리된 수용체 단백질 복합체(308)는 반응 셀(101)에서 자유롭게 확산된다.
감지 장치(200)에 존재하는 광원(205)은 빔 또는 바람직하게는 파장 λex의 광의 외피(309)를 반응 챔버 내로 방출하며, λex는 수용체 단백질 복합체(115)에 존재하는 형광단(303)의 여기 파장이다. 유리된 수용체 단백질 복합체(308)가 광 경로 내로 확산될 때, 형광단(303)은 도 3b에 도시된 바와 같이 여기되고 파장 λem의 형광 광을 방출한다.
센서 칩(100)의 광 투과성 벽면(103) 또는 검출 윈도우(103) 및 선택적으로 센서 칩(100)으로부터 광검출기(207)를 분리하는 벽면(208)은 파장 λem의 광에 대해 투과성이다. 반응 셀(101)의 기하학적 구조와 광 외피(309)의 위치로 인해, 형광단(303)에 의해 방출된 광의 대략 절반은 반응 셀을 둘러싸는 광센서(207)의 외피에 도달한다(다른 절반은 반응 셀의 비투과성 벽면을 향해 또는 기체 투과성 멤브레인을 향해 이동하며 검출되지 않을 것이다).
광센서(207)의 대역폭에 따라, 반응 셀(101) 내의 액체 매트릭스 또는 기재(116) 내의 단백질 또는 미립자 불순물에 의해 산란될 수 있는 파장 λex의 광도 검출 신호를 촉발할 수 있다. 이를 피하기 위해, 반응 셀(101)의 검출 윈도우(103)는 바람직하게는 파장 λex의 광에 불투과성이다.
확산 움직임이 무작위적이기 때문에, 수용체 단백질 복합체(115)는 광 경로에 머무르거나 이를 떠나 다시 진입하여, 시간이 지남에 따라 여러 신호를 제공할 수 있다. 센서 칩(100)의 장기간 작동 또는 높은 노출 후, 수용체 단백질 복합체(115)의 많은 부분이 기체 투과성 멤브레인(114)으로부터 유리되며, 이는 추가 형광의 적절한 검출을 부정확하게 할 수 있다. 따라서, 반응 셀(101)의 광 투과성 벽면(103) 또는 검출 윈도우(103)는 수용체 단백질 복합체(115)에 대한 싱크로서 작용하는데, 이는 높은 친화도로 수용체 단백질 복합체(115) 상의 친화도 태그(304)에 결합하는 분자 포획 복합체(117, 305)로 코팅되기 때문이다.
반응 셀(101)의 광 투과성 벽면(103) 또는 검출 윈도우(103)를 제외하고, 반응 셀의 모든 내부 표면은 낮은 단백질 흡착성의 코팅으로 덮일 수 있고, 반응 셀(101)의 내부 기하학적 구조 때문에, 유리된 수용체 단백질 복합체(115)의 대부분은 결국 광 경로를 통과하여, 용액으로부터 제거될 셀(101)의 광 투과성 부분(103) 또는 검출 윈도우(103)에 도달할 것이다.
용액 중 수용체 단백질 복합체(115)의 평균 체류 시간 또는 이의 반감기와 같은 작동 파라미터는 수용체 단백질 복합체(115)의 질량 및 크기, 반응 셀 내 용액의 점도 및 셀(101) 내의 온도에 기초하여 계산될 수 있다. 이러한 평균 체류 시간은 다수의 여기 및 방출 이벤트에 대해 감지 장치(200)에 의해 보고된 검출 신호를 보정하는 데 사용될 수 있고, 이에 의해 감지 장치(200)의 민감도 및 정확도를 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 셀 내의 용액에 존재하는 단백질 또는 작은 미립자 불순물에 산란될 때, 파장 λex의 광은 반응 셀(101)에 진입하고 셀(101)을 통해 확산된 생체활성제(307)에 의해 이미 유리된 수용체 단백질 복합체(115)인, 반응 셀의 기체 투과성 멤브레인(114) 또는 검출 윈도우(103)에 존재하는 고정화된 수용체 단백질 복합체(115)에 도달할 수 있다. 이러한 산란된 광은 수용체 단백질 복합체(115)의 형광단(303)을 여기시키고 파장 λem의 광자의 방출을 유도할 수 있으며, 이는 광검출기(207)에 도달할 수 있고 따라서 대기 오염의 즉각적인 존재와 관련되지 않은 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 반응 셀(101)의 광 투과성 벽면(103) 또는 검출 윈도우(103) 및/또는 기체 투과성 멤브레인(114) 상의 코팅은 전자 전달(미도시)에 의해 형광단(303)의 형광을 퀀칭시키는 것으로 알려진 분자를 포함할 수 있다. 산란된 광의 퀀칭은 이러한 오프-사이트 여기 이벤트를 감소 및/또는 제거할 것이고, 이에 의해 광 산란으로부터 기인하는 노이즈를 감소 및/또는 제거할 것이다. 대안적으로, 광센서(207)에 의해 검출된 형광 강도는 산란 효과에 대해 보정될 수 있다. 예를 들어, 광 투과성 벽면(103) 또는 기체 투과성 멤브레인(114)에 포획된 수용체 단백질로부터 기인하는 형광 강도는, 이들에 도달하는 산란된 광의 경험적으로 결정된 양, 형광단(303)의 안정성 및 그 곳에 존재할 것으로 예상되는 수용체 단백질 복합체(115)의 양에 기초하여 예측될 수 있고, 이는 예를 들어 광센서(207)에 의해 검출된 누적 형광 신호로부터 결정될 수 있다.
도 4a는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 센서 칩(400)의 사시도를 보여주고 있다. 도 4b 및 도 4c는 각각 도 4a의 센서 칩(400)의 단면도를 보여주고 있다. 달리 언급되지 않는 한, 도 4a 및 도 4b의 센서 칩(100)은 도 1a 내지 도 3c 중 어느 하나와 참조하여 기술된 센서 칩(100)과 동일한 특징부를 포함한다.
도 4a 내지 도 4c의 감각 칩(400)은 원통형 단면의 이중 층 구조이다. 직사각형 단면과 같은 다른 단면이 가능하다. 구조체 또는 센서 칩(400)의 외부 층은 주변 공기가 통과하여 공기 챔버(402)로 진입할 수 있는 강성 개방 그리드(401)를 포함한다. 공기 챔버(402)는 전술한 공기 채널(211)과 기능적으로 유사하다.
센서 칩(400)의 구조체의 내부 층은 공기 챔버(402) 내의 공기 중에 존재하는 성분이 기체 투과성 멤브레인(404)에 접근할 수 있는, 개방 그리드(403)를 포함하고 있다. 내부 개방 그리드(403) 및 기체 투과성 멤브레인(404)은 전술한 개방 그리드(113) 및 기체 투과성 멤브레인(114)과 기능적으로 유사하다.
기체 투과성 멤브레인(404)에 의해 형성된 실린더 내에 한정된 부피는 센서 칩(400)의 반응 셀(405)을 정의한다. 이는 전술한 반응 셀(101)과 기능적으로 유사하다.
전술한 센서 칩(100)의 예시적인 구현예와 유사하게, 기체 투과성 멤브레인(404)의 내부 표면은 고정된 수용체 단백질 복합체로 덮인다(도 4a 내지 도 4c에 도시되지 않음).
반응 셀(405) 내에, 하나 또는 둘 또는 다수의 광학 가이드(406)가 위치되어 있다. 이들은 섬유의 형태 또는 평면형 광학 가이드의 형태 또는 임의의 다른 적합한 형상으로 존재할 수 있다.
광학 가이드(406)는 높은 친화도로 수용체 단백질 복합체(115)의 하나 또는 여러 성분에 결합하는 것으로 알려진 공유 결합된 분자 포획 복합체로 덮일 수 있다(도 4에 도시되지 않음). 기체 투과성 멤브레인(404)과 광학 가이드(406)의 표면 사이의 거리는 바람직하게는 0.1mm 이하의 범위이다.
분자 또는 분자 복합체의 화학적 성질, 생물학적 기원, 및 광학 가이드(406) 상의 고정 수단은 전술한 도면을 참조하여 기술된 반응 셀(101)의 광 투과성 벽면(103)에 공유 결합된 분자 또는 분자 복합체(117)에 대해 기술된 것과 유사하다.
대안적으로, 고정된 수용체 단백질 및 고친화도 복합체의 배열은 반전될 수 있으며, 즉, 수용체 단백질은 광학 가이드(406) 상에 고정될 수 있고, 고친화도 복합체는 기체 투과성 멤브레인(404) 상에 고정될 수 있다.
바람직하게는, 고정된 분자 또는 분자 복합체의 흡수 스펙트럼 및 다른 광학 특성뿐만 아니라 공유 결합의 흡수 스펙트럼은 수용체 단백질 복합체(115)의 흡수 스펙트럼 또는 다른 광학 특성과 중첩되지 않거나 제한된 정도로만 중첩된다.
감각 칩(407)의 일 말단은 전술한 물 저장부(102)와 기능적으로 유사한 물 저장부(408)를 포함한다. 반응 셀(405)에 대한 물 저장부(408)의 연결 및 물 저장부(408)의 작동 원리는 전술한 것과 동일할 수 있다. 차단 요소(409) 또는 탈착식 핀(409)은 반응 셀(405)의 동결건조된 내용물(미도시)로부터 저장부(408) 내에 위치되거나 저장부를 정의하는 가요성 블리스터(410)를 밀봉할 수 있다. 반투과성 멤브레인(411)은 핀(409)이 제거되면 반응 셀(405) 내에 존재하는 기재를 블리스터(410) 내의 물과 자유롭게 혼합하는 것으로부터 분리한다.
또한, 센서 칩(400)의 상기 말단은 반사 요소, 예를 들어 광학 미러, 또는 단일 광학 가이드(406)를 통과하는 광을 반사하고/하거나 2개의 광학 가이드(406) 쌍을 연결할 수 있는 광학 가이드(412)를 제공할 수 있다.
센서 칩(400)의 다른 말단은, 칩(400)의 반응 셀(405) 내에 위치된 광학 가이드(406)의 연장부와 정렬되고 이를 형성하는, 하나 또는 둘 또는 다수의 광학 커넥터(414) 또는 애퍼처(414)를 갖는 구조체(413) 또는 부분(413)을 포함한다.
또한, 센서 칩(400)의 구조체(413) 또는 부분(413)의 일부분은 내부에 삽입될 때 칩(400)을 감지 장치에 전기적으로 연결하는 전기 접촉부 또는 커넥터(415)를 포함한다. 이들 접촉부(415)는 전술한 전기 접촉부(122)와 기능적으로 유사하다.
작동 시, 즉 활성화된 감지 장치에 장착될 때, 감지 장치의 광학 시스템에 의해, 예를 들어 하나 이상의 광원에 의해 방출된 광(416)은 칩(400)의 일 말단으로부터 칩(400)의 다른 말단까지 칩(400)의 길이 방향 축을 따라 반응 셀(405)에 걸쳐 있는 광학 가이드(406)를 길이 방향으로 통과한다. 광은 반사 요소(412) 또는 광학 구조(412)에 의해 반사되거나 편향되고, 광학 가이드(406)를 통해 센서 칩(400)의 말단 또는 부분(413)을 향해 다시 이동하고, 궁극적으로 도 4b의 참조 번호 417에 의해 도시된 바와 같이, 칩(400)을 감지 장치의 광학 시스템을 향해 떠난다.
도 5는 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 시스템(500)의 단면도를 보여주고 있다. 특히, 도 5는 감지 장치(550) 및 감지 장치(550) 내에 삽입된 센서 칩(400)을 갖는 감지 시스템(500)을 보여주고 있다. 달리 언급되지 않는 한, 도 5의 센서 칩(400)은 도 1a 내지 도 4c를 참조하여 설명된 센서 칩(100, 400)과 동일한 특징부를 포함한다. 마찬가지로, 도 5의 감지 장치(550)는 도 2a 내지 도 4c를 참조하여 설명된 감지 장치(200)와 동일한 특징부를 포함한다.
도 5는 감각 장치(550) 내에 삽입된 센서 칩(400)을 보여주고 있다. 센서 칩(400)의 일 말단을 형성하는 구조체(413)는 감지 장치(550)에 플러그로 연결되고, 장치(550)에 위치된 전자 및 광학 연결부와의 접촉을 확립한다. 구체적으로, 센서 칩(400)에 존재하는 광학 가이드(406)는 광학 커넥터(414) 또는 애퍼처(414)를 통해 감지 장치(550)에 위치된 광학 시스템(503)에 연결되어 있다. 광학 시스템(503)은 하나 또는 여러 개의 광원(504) 및 광센서(505)와 같은 하나 또는 여러 개의 광 검출기(505)를 포함한다.
장치(550)에 존재하는 소켓 및 칩(400)의 말단 구조는 전술한 바와 같이, 장치(550)에서 칩(400)의 적절한 배향을 보장하는 상보적 가이드(미도시)를 제공한다. 소켓 내의 칩(400)의 고정은, 예를 들어 클릭-인 기구, 자기 연결, 또는 나사 잠금에 의해 달성될 수 있다.
또한, 장치(550)는 이전 도면을 참조하여 설명된 바와 같이, 배터리, 마이크로프로세서 및 잠재적으로 다른 전자 부품을 포함한다.
주변 공기는 센서 칩(400)의 강성 개방 그리드(401)를 통해 공기 챔버(402)로 수동적으로 진입한다. 구동력은 센서 칩(400) 및/또는 브라우니안 모션에 대한 주변 공기의 움직임일 수 있다.
대안적으로, 장치(550)에서의 소켓은 완전한 센서 칩(400)과 동일한 길이 또는 센서 칩보다 더 긴 길이를 가질 수 있다. 이 경우, 칩(400)은 장치(550) 내에 완전히 삽입되고, 장치(550)는 주변 공기를 샘플링하고 센서 칩(500)의 공기 챔버(402)에 공급하기 위한 환기 장치와 같은 추가 특징부를 포함할 수 있다.
장치(550)의 표면 상에 존재하는 특징부, 예컨대 다이오드, 스크린, 또는 장치를 의류, 바이크, 또는 백팩 스트랩 상에 고정하기 위한 수단은 도 2a 내지 2c를 참조하여 설명된 것과 유사하다.
도 6은 도 4a 내지 도 5의 센서 칩(400)의 가능한 작동 원리를 도시하기 위한 센서 칩(400)의 반응 셀(405)의 단면도를 보여주고 있다.
도 1a 내지 도 3c를 참조하여 기술된 실시예와 유사하게, 수용체 단백질 복합체(115)는 사용된 수용체 단백질 복합체(115)의 리간드 결합 도메인(302)의 저 친화도 리간드인 것으로 알려진 공유 결합된 분자(301)에 결합함으로써 기체 투과성 멤브레인(404)에서 고정되어 있다.
수용체 단백질 복합체(115)는 수용체 단백질의 적어도 리간드 결합 도메인(302)으로 이루어진다. 선택적으로, 친화도 태그(304)와 같은 추가 성분이 존재한다. 생물학적 기원 또는 재조합 성질과 같은 수용체 단백질 복합체(115)의 성분의 특징은 이전 도면을 참조하여 전술한 바와 같다.
공기 챔버(402)에 존재하는 환경 분자 또는 생체활성제(307)는 개방 그리드(403)와 기체 투과성 멤브레인(404)을 통해 확산되어 반응 셀(405)로 들어간다.
일단 반응 셀(405)에 존재하면, 생체활성제(307)는 수용체 단백질 복합체(115)의 리간드 결합 도메인(302)에서 결합을 위해 경쟁하고, 결국 멤브레인(404)으로부터 수용체 단백질 복합체(115)를 유리시킨다.
유리된 수용체 단백질 복합체(308)는 반응 셀(405) 내에서 자유롭게 이동하고, 결국 그 중앙에 존재하는 광학 가이드(406)에 도달할 것이고, 광학 가이드(406)의 표면에 존재하는 분자 또는 분자 포획 복합체(117)에 결합할 것이다. 이러한 결합은 반응 셀(405)에 존재하는 기재 또는 액체 매트릭스와 광학 가이드(406)의 표면 사이의 경계층의 특성을 변화시킬 것이다.
광학 가이드(406)를 통과하는 광(611)은 광학 가이드(406)에 완전히 한정되는 것은 아니지만, 어느 정도까지 반응 셀(405)에 존재하는 기재 또는 액체 매트릭스 내로 침투하여, 광학 가이드(406)의 바로 주변과 상호작용하는 소산장(evanescent field)을 형성할 것이다.
예를 들어, 감지 장치(550) 또는 하나 이상의 센서(505)는 소산장의 흡수를 측정할 수 있다. 감지 장치에 존재하는 광원은 특정 스펙트럼의 광, 예를 들어 파장 λem의 좁은 윈도우의 광을 방출한다. 수용체 단백질 복합체(115)의 하나 또는 여러 성분의 흡수 스펙트럼은 λabs의 파장에서 최대를 나타낸다. λabs 
λem인 경우, 광학 가이드(406)의 표면에 매우 근접한 수용체 단백질 복합체(115)의 존재는 센서 장치(550)에서 광센서(505)에 도달하는 광 강도를 감소시킨다. 이러한 광 강도의 감소는 정량화될 수 있다. 시간 단위 당 감소는 시간 단위 당 광학 가이드(406)에 결합하는 수용체 단백질 복합체(115)의 수에 대한 직접적인 측정치를 제공하며, 이는 결국 반응 셀(405)에 진입하는 생체활성제(307)의 양 및 이에 따라 주변 공기에서의 농도와 상관된다. 대안적인 구현예는, 예를 들어, 도파관 결합, 표면 플라스몬 공명, 또는 소산장에 의한 수용체 단백질 복합체(115)의 성분의 형광 여기를 사용할 수 있다.
대안적으로, 검출 원리는 역일 수 있다. 수용체 단백질 복합체(115)는 광학 가이드(406)에 고정될 수 있고, 주변으로부터 반응 셀(405)에 진입한 생체활성제에 결합할 때, 광학 가이드로부터 유리된다. 수용체 단백질 복합체(115)에 대한 리간드의 존재는 본 구현예에서 복합체(115)와 소산장 사이의 상호작용을 감소시킬 것이다. 예를 들어, 주변에서 수용체 단백질 복합체(115)에 대한 리간드의 존재는 소산광의 흡수를 감소시킬 것이고, 이에 따라 감지 장치(550)에서 광검출기(505)에 도달하는 광 강도를 증가시킬 것이다.
센서 칩(400)에 잠재적으로 사용되는 또 다른 검출 원리는 수용체 단백질 복합체 증착 및/또는 유리의 압전 검출에 의존한다. 이러한 작동 원리는 도 6을 참조하여 기술된 것과 동일할 수 있지만, 수용 표면 상의 고친화도 리간드에 대한 유리된 수용체 단백질 복합체(115)의 결합의 검출은 표면의 광학 특성의 변화 대신에 표면에 결합된 재료의 질량을 결정함으로써 달성된다.
이러한 구현예에서, 광학 가이드(406)는 고감도로 표면에 흡착된 질량의 변화를 검출할 수 있는 하나 이상의 압전 요소로 대체될 수 있다. 이에 따라, 적어도 하나의 압전 원소는 반응 셀(405)의 중심에 존재할 수 있거나 반응 셀의 벽면 중 하나 또는 여러 개를 포함할 수 있다.
대안적으로, 압전 기반 센서 칩은 역 원리에 의존할 수 있다. 수용체 단백질 복합체(115)는 압전 요소 상에 고정될 수 있고, 반응 셀(405)에 진입한 생체활성제에 결합할 때 이로부터 유리된다. 그 결과는 압전 요소에 결합된 질량의 감소 검출일 것이다.
압전 요소에 의해 환경 제제를 검출하기 위한 센서가 설명되었지만, 여기에 제안된 해결책은 상당히 더 높은 민감도를 제공한다: 당업계에 기술된 압전 기반 센서는, 예를 들어 압전 요소의 표면에 고정된 수용체 단백질에 대한 환경 제제의 결합에 의해 야기되는 질량 증가를 측정하는 것에 의존한다. 대조적으로, 본원에 기술된 간접 검출 방법은 완전한 수용체 단백질 복합체(115)의 결합에 의존한다. 이들은 일반적으로 질량이 수십 배만큼 더 높으며 압전 요소에 의해 더 효율적으로 검출될 수 있다.
이하에서, 센서 칩에 대한 예시적인 재료가 설명되며, 이는 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 기체 투과성 멤브레인을 포함하는 반응 셀의 내부 표면은 (수용성) 단백질에 비흡수성인 재료로 코팅되거나 제조될 수 있다. 예는 테플론과 같은 불소중합체, 또는 고 소수성 코팅을 포함한다. 대안적으로, 표면들을 오발부민 또는 소 혈청 알부민(bovine serum albumin)과 같은 단백질로 사전 코팅하는 것이 제공될 수 있다. 광원에 의해 방출된 광이 반응 셀로 진입하는 애퍼처는 적어도 파장 λex의 광에 투과성일 수 있다.
기체 투과성 멤브레인에 적합한 재료는, 예를 들어 불소중합체로부터 제조된 미크론 크기의 천공을 갖는 소수성 멤브레인, 다공성 PET 멤브레인, 바람직하게는 소수성 코팅을 갖는 탄소 종이 및 다공성 실리콘-PDMS 멤브레인을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
반응 셀의 검출 윈도우 또는 광 투과성 벽면의 재료는 파장 λem의 광에 투과성일 수 있고, 바람직하게는 파장 λex의 광에 불투과성일 수 있다. 상응하는 재료는 광분광분석 기구(photospectrometric instrument)에서의 응용으로 공지되어 있으며, 반응 셀에 사용되는 형광단에 특이적일 것이다. 검출 윈도우의 재료 또는 반응 셀의 광 투과성 벽면은 중성 pH의 수용염액(aqueous salt solution)에 추가로 내성을 가질 수 있다. 추가적인 분광 특성을 갖는 이러한 재료가 이용 가능하지 않은 경우, 코팅된 또는 이중층 벽면이 사용될 수 있다. 코팅 또는 보호층은 파장 λem의 최소 광에 대해 투과성일 수 있다. 검출 윈도우의 견고성을 증가시키기 위해, 샌드위치 구조가 사용될 수 있다: 파장 λem의 광에 투과성이지만 파장 λex에 불투과성인 재료는, 예를 들어 적어도 파장 λem의 광에 투과성인 견고한 재료의 두 층 사이에 위치될 수 있다. 대안적으로, 적어도 파장 λem의 광에 투과성인 견고한 재료는 파장 λem의 광에 투과성이지만 파장 λex의 광에 투과성이 아닌 적절한 코팅으로 코팅될 수 있다
감지 장치의 광학 시스템은 바람직하게는 전술한 바와 같은 λex 또는 λabs의 범위에서 파장의 좁은 대역폭의 광을 방출하는 광원을 포함할 수 있고, 반응 셀의 벽면 내의 애퍼처는 적어도 이러한 파장 범위의 광에 투과성일 수 있다. 대안적으로, 광원은 광범위한 범위의 파장의 광을 방출할 수 있으며, 이 경우, 반응 셀의 벽면 내의 애퍼처는 바람직하게는 λex 또는 λabs의 범위에만 있는 좁은 대역폭의 광에 투과성이다.
광학 가이드의 경우, 재료는 소산장의 강도를 최적화하기 위해 반응 셀 내부의 기재 또는 액체 매트릭스에 대해 적절한 굴절률을 가져야만 한다. 정확한 값은 사용된 파장에 따라 달라질 것이며, 이는 결국 수용체 단백질 복합체의 흡수 스펙트럼에 따라 달라진다.
감지 장치의 경우, 센서, 예컨대 광센서를 덮고 보호하는 하나 이상의 층이 사용될 수 있다. 요건 및 기술적 해결책은 전술된 광 투과성 벽면 또는 검출 윈도우에 대해 설명된 것과 동일하다.
다음에서, 감지 장치 및 센서 칩의 예시적이고 비제한적인 치수가 요약되어 있다.
고정식 장치의 경우, 감지 장치는 최대 대략 1000cm3의 부피를 가질 수 있다. 센서 칩은 길이가 대략 1 내지 10cm, 폭이 5 내지 10cm, 그리고 두께가 2 내지 3cm일 수 있고, 반응 셀은 바람직하게는 0.5mm 미만의 확산 거리를 가질 수 있다.
휴대용 감지 장치의 경우, 감지 장치는 최대 대략 200cm3의 부피를 가질 수 있다. 센서 칩은 길이가 대략 1 내지 5cm, 폭이 0.5 내지 1cm, 두께가 0.5 내지 1cm일 수 있고, 반응 셀은 바람직하게는 0.5mm 미만의 확산 거리를 가질 수 있다.
도 7은, 예를 들어 이전 도면을 참조하여 설명된 바와 같은 감지 시스템, 감지 장치 및/또는 센서 칩을 사용하여, 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하는 방법을 도시하는 흐름도를 보여주고 있다.
단계 S1에서, 하나 이상의 생체활성제가 센서 칩(100)의 멤브레인(114)을 통해 센서 칩(100)의 반응 셀(101)로 통과된다.
단계 S2에서, 하나 이상의 생체활성제는 하나 이상의 수용체 단백질 복합체(115)에 결합됨으로써, 수용체 단백질 복합체(115)의 적어도 일부의 상태 변화를 유도한다.
단계 S3에서, 상기 수용체 단백질 복합체(115)의 적어도 일부의 유도된 상태 변화가 검출된다.
단계 S4에서, 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는 검출 신호가 상기 수용체 단백질 복합체(115)의 적어도 일부의 결정된 상태 변화에 기초하여 생성된다.
본 설명 및 첨부된 청구범위의 목적을 위해, 달리 표시된 경우를 제외하고, 양, 수량, 백분율 등을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 모든 범위는 개시된 최대 및 최소 지점을 포함하고, 본원에서 구체적으로 열거될 수 있거나 열거되지 않을 수 있는 임의의 중간 범위를 그 안에 포함한다. 따라서, 이러한 맥락에서, 숫자 A는 A ± A의 20%로서 이해된다. 이러한 맥락에서, 숫자 A는 숫자 A가 수정하는 특성의 측정을 위한 일반적인 표준 에러 내에 있는 수치 값을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 첨부된 청구범위에 사용된 일부 경우에, A가 벗어나는 양이 청구된 발명의 기본 및 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는다면, 숫자 A는 위에서 열거된 백분율만큼 벗어날 수 있다. 또한, 모든 범위는 개시된 최대 및 최소 지점을 포함하고, 본원에서 구체적으로 열거될 수 있거나 열거되지 않을 수 있는 임의의 중간 범위를 그 안에 포함한다.
본 발명이 도면 및 전술한 설명에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 도시적이거나 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적이지는 않고; 본 발명은 개시된 구현예에 한정되지 않는다. 개시된 구현예에 대한 다른 변형은 도면, 개시, 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 발명을 실시하고, 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다.
청구항에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an"는 복수를 배제하지 않는다. 특정 측정치가 서로 상이한 종속항에 인용된다는 단순한 사실은 이들 측정치의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지 않는다. 청구범위 내의 임의의 참조 부호는 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (15)
- 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위해 감지 장치에 작동 가능하게 결합 가능한 센서 칩으로서, 상기 센서 칩은:
복수의 수용체 단백질 복합체를 함유하는 반응 셀; 및
상기 반응 셀을 상기 주변 매질로부터 분리시키고 상기 하나 이상의 생체활성제에 대해 투과성인 멤브레인을 포함하고;
상기 수용체 단백질 복합체는 상기 반응 셀 내의 하나 이상의 생체활성제에 결합하도록 구성되어, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 검출 가능한 상태 변화가 유도되고; 그리고
상기 센서 칩은 상기 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위해 상기 감지 장치 내로 적어도 부분적으로 제거 가능하게 삽입 가능한, 센서 칩. - 제1항에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 검출 가능한 상태 변화는 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는, 센서 칩.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화는, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 형태 상태의 변화, 상기 반응 셀 내에서 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 국소화 변화, 상기 반응 셀 내에서 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 위치 변화, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 조성의 변화, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 질량 변화, 상기 반응 셀의 적어도 일부의 질량 변화, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 물리적 특성의 변화, 상기 반응 셀의 적어도 일부의 물리적 특성의 변화, 상기 반응 셀의 적어도 일부의 광학 특성의 변화, 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 화학적 특성의 변화, 상기 반응 셀에 함유된 기재의 화학적 특성의 변화, 상기 반응 셀에 함유된 기재의 전도도의 변화, 및 상기 반응 셀의 적어도 일부 내에서 프리 형광(free fluorescent) 또는 광 흡수 분자의 농도의 변화 중 하나 이상과 연관되어 있는, 센서 칩.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체는 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합할 때 상기 반응 셀 내의 위치를 변경하도록 구성되어 있는, 센서 칩.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변 매질은 환경 공기 및 물 중 적어도 하나를 포함하는, 센서 칩.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인은 기체에 대해 투과성이고; 및/또는
상기 멤브레인은 물 또는 수용성 액체에 대해 불투과성인, 센서 칩. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 칩은 상기 감지 장치 내에 적어도 부분적으로 삽입되도록 형상 및 크기로 구성되어 있는, 센서 칩.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 칩을 상기 감지 장치에 작동 가능하게 결합하기 위한 하나 이상의 커넥터를 더 포함하는, 센서 칩. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 셀 내에 적어도 부분적으로 배열되고 상기 반응 셀 내의 기재 또는 조성물의 전도도를 결정하도록 구성된 하나 이상의 전극을 더 포함하는, 센서 칩. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 하나 이상의 성분에 의해 방출되고/되거나 산란된 전자기 방사선에 대해 반투명한 적어도 하나의 검출 윈도우를 더 포함하는, 센서 칩. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 셀과 유체 결합 가능한 적어도 하나의 저장부를 더 포함하되, 상기 적어도 하나의 저장부는 탈이온수를 상기 반응 셀에 공급하도록 구성되어 있는, 센서 칩. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용체 단백질 복합체 각각은 상기 하나 이상의 생체활성제에 결합하도록 구성되어 있고 상기 생체활성제 중 하나에 결합 시 형태를 변경하도록 구성된 수용체 단백질의 적어도 하나의 리간드 결합 도메인을 포함하는, 센서 칩.
- 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위해 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 센서 칩에 작동 가능하게 결합 가능한 감지 장치로서, 상기 감지 장치는:
상기 적어도 하나의 센서 칩의 반응 셀에서 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 센서로서, 상기 상태 변화는 상기 주변 매질로부터 상기 센서 칩의 멤브레인을 통해 상기 센서 칩의 반응 셀 내로 진입하는 하나 이상의 생체활성제와 하나 이상의 수용체 단백질 복합체의 결합에 의해 유도되는, 상기 적어도 하나의 센서; 및
상기 적어도 하나의 센서와 결합된 처리 회로를 포함하되, 상기 처리 회로는 상기 수용체 단백질 복합체의 적어도 일부의 상태 변화를 결정하는 것에 기초하여 상기 주변 매질에서 상기 하나 이상의 생체활성제의 존재를 나타내는 검출 신호를 제공하도록 구성되어 있는, 감지 장치. - 제13항에 있어서, 상기 검출 신호는 주변 매질의 부피 당 하나 이상의 생체활성제의 양, 주변 매질의 부피 당 생체활성제의 질량, 주변 매질 내의 생체활성제의 농도, 주변 매질의 수용체 단백질 활성화 전위, 및 주변 매질의 생물활성을 나타내는, 감지 장치.
- 주변 매질에서 하나 이상의 생체활성제를 검출하기 위한 감지 시스템으로서, 상기 시스템은:
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 센서 칩; 및
제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 따른 감지 장치를 포함하는, 감지 시스템.
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